Neues Verfahren zum Bolzenschweißen mit Hubzündung ohne Keramikring bis 12mm Dr. Ing. Thomas Reiter

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1 Neues Verfahren zum Bolzenschweißen mit Hubzündung ohne Keramikring bis 12mm Dr. Ing. Thomas Reiter Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee,

2 Gliederung 1. Firma Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH 2. Bolzenschweißen mit Hubzündung 3. Kurzeitbolzenschweißen mit Schutzgas 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Magnetfeld 5. Verfahrensvergleich 6. Zusammenfassung und Ausblick Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, /TR 2

3 1. Firma Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik - Firmengründung % Familienunternehmen Vorsprung durch Erfindergeist und Service - 65 Mitarbeiter - Jahresumsatz 16 Mio. Euro - Exportanteil 60 % - geschlossene Herstellungskette Schweißelemente Geräte und Anlagen - Forschung, Entwicklung und Produktion ausschließlich in Deutschland Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, /TR

4 1. Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik - Produktprogramm - Kondensatorentladungsschweißen - mit Spitzenzündung - mit Hubzündung - Hubzündungsschweißen - mit Keramikring oder Schutzgas BH Kurzzeitbolzenschweißen mit Schutzgas BH 10 - SRM Schweißen mit rotierendem Lichtbogen - Sonderverfahren - Widerstandskondensatorentladungsschweißen - WIG- Schweißen für CNC - Anlagen - Laserschweißen für CNC - Anlagen 4

5 1. Firma Soyer Bolzenschweißtechnik Anwendungen Bolzenschweißen in der Praxis 2013/TR 5

6 1. Firma Hein Soyer CNC und Sonderanlagen CNC Anlagen für alle Verfahren mit eigener Software und Überwachung - Mehrkopfanlagen, Bolzenförderer - Kombination mit Fräseinheiten, Sprüheinheiten - Mehrfachbolzenzuführung in einen Schweißkopf ( Weichen) Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 6

7 1. Firma Heinz Soyer Bolzenfertigung - alle gängigen Materialien (Lagerbestand an Rohmaterial) - Durchmesser von 2 mm bis 20 mm - Kapazität CD Bolzen / Tag Hubzündungsbolzen/Tag Innengewindebuchsen/Tag - Sonderanfertigungen innerhalb von 4 Tagen lieferbar Auslieferungslager unterschiedliche Bolzentypen auf Lager - Lagerbestand zur Zeit ca Bolzen 7

8 2. Bolzenschweißen mit Hubzündung und Keramikring Grundprinzip Ted Nelson USA US Bolzendurchmesser 5 25 mm Schweißelemente nach DIN ISO

9 2. Bolzenschweißen mit Hubzündung und Keramikring Anwendung: - Stahlbetonverbundbau - Schiffbau - Anlagen- und Behälterbau Vorteile: - Anwendung ohne Schutzgas auch unter Montagebedingungen - einfache Anwendung - robustes Verfahren mit hoher Sicherheit 9

10 2. Bolzenschweißen mit Hubzündung und Keramikring Nachteile: Blaswirkung beim Schweißen: ungleichmäßige Wulstausbildung Eingeschränkte Schweißpositionen: vorrangig Wannenposition, Eingeschränkt nur bei kleineren Durchmessern in Position C Montageeinschränkung: Verschraubung nicht durchgängig bis auf den Grundwerkstoff Porenbildung in der Schweißzone: durch Verschmutzung und / oder Feuchtigkeit der Oberfläche oder durch Feuchtigkeit der Keramikringe (falsche Lagerung) Qualitätseinschränkungen: falsche Einstellung der Pistole; fehlerhafte Handhabung oder durch falsche Schweißparameter Umständliche zeitaufwendige Handhabung: Aufstecken und Abschlagen der Keramikringe, Verunreinigung der Oberfläche sowie anfallenden Müll 10

11 3. Kurzzeitbolzenschweißen BH 10 mit Schutzgas Bolzen nach DIN ISO Verfahren: anwendbar mit oder ohne Schutzgas - ohne Schutzgas erhöhte Gefahr für Porenbildung Nachteile: sehr anfällig für Blaswirkung - ungleichmäßige Wulstausbildung - Schrägstellung des Bolzens bei Blaswirkung - aufwendige symmetrische Masseklemmung - überwiegend in Wannenposition 11

12 3. Kurzzeitbolzenschweißen BH 10 mit Schutzgas Blaswirkung : Ursache unsymmetrische Feldanordnung beim Schweißen symmetrische Feldanordnung - Stromzuführung zentral unterhalb des Werkstückes - Stromzuführung symmetrisch von beiden Seiten 12

13 3. Kurzzeitbolzenschweißen BH 10 mit Schutzgas Blaswirkung : Ursache unsymmetrische Feldanordnung beim Schweißen unsymmetrische Feldanordnung c Kompensation durch ferritische Gegenmasse: künstliche Feldschwächung - Stromzuführung einseitig Feldschwächung auf der Gegenseite Lichtbogen weicht aus in Richtung Feldschwächung Einfluss einer Gegenmasse bei beidseitiger Anklemmung künstliche Feldschwächung 13

14 3. Kurzzeitbolzenschweißen BH 10 mit Schutzgas Blaswirkung : Ursache unsymmetrische Feldanordnung beim Schweißen unsymmetrische Feldanordnung an einem Träger Einseitige Anklemmung Lichtbogen weicht aus c Beidseitige diagonale Anklemmung am Steg keine Blaswirkung besser Klemmung am unteren Steg 14

15 3. Kurzzeitbolzenschweißen BH 10 mit Schutzgas Schweißen bei unsymmetrischer Bolzenposition Einseitige Anklemmung am unteren Steg: Blaswirkung nach Außen Beidseitige versetzte Anklemmung am oberen Steg wenig Blaswirkung c Versetzen der Masseklemmen während des Schweißens erforderlich 15

16 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Grundprinzip des bewegten Lichtbogens - Prinzip I s F = f ( I ; B Q ) - Umlaufgeschwindigkeit abhängig vom Schutzgas F - mit Corgon Edelstahl ca U/s - mit Argon Edelstahl ca U/s B Q B Bs Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 16

17 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Mutternschweißen auf Blech und Loch Bolzenschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogenrotation - Untertischspule - Edelstahl Mutter auf Blech - Edelstahlmutter auf Loch - rotationssymmetrisches hohles Schweißelement 17

18 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Verfahrensentwicklung SRM Bolzenschweißen Zielstellung: qualitativ hochwertige Schweißverbindung hohe Reproduzierbarkeit keine Verschmutzung; keine Nacharbeit keine Zusatzstoffe (Müll) Lösungsansätze: - Minimum an geschmolzenem Grund- und Bolzenmaterial für die Fügeverbindung - veränderte Bolzengeometrie; flache Bolzen - Zündung in Bolzenmitte durch Zündspitze - geführte Bewegung des Lichtbogens über die Bolzenfläche - Anwendung von Schutzgas - geringer Spaltabstand Lösung: - Bolzen mit Miniflansch uns sehr kleinem Neigungswinkel - Bolzen mit Zündspitze - kontrolliert bewegter Lichtbogen 18

19 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Verfahrensentwicklung SRM Bolzenschweißen Verfahren und System zum Verschweißen eines eine kegelartige Stirnfläche aufweisenden Bolzens mit einem Träger - Rotationsschweißkopf - HZ-1 Bolzen 19

20 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Aufsetzen des Bolzens, Kontakt 2. Abheben; Zünden des Pilotbogens 3.1. Schweißstrom; Beginn der Lichtbogenrotation im Zentrum 3.2. Lichtbogenrotation, Anschmelzung von Bolzen und Grundwerkstoff 3.3. Lichtbogenrotation am Bolzenrand 4. Erlöschen des Lichtbogens; Eintauchvorgang 20

21 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Entwicklung von Schweißelementen HZ-1 Strom 150 ms Weg Spannung Schutzgas: 20% He + 2% CO 2 + Rest Ar Schutzgasmenge: 2 l/min Bolzen-Ø: 11,4 mm Grundwerkstoff: t = 4 mm Schweißenergie: 2,6 kj Schweißstrom : 960 A Schweißzeit: 115 ms Bolzen 12 mm Verschweißung von Bolzen bis 12 mm auf Blech (Stahl oder Edelstahl) in PA und PB ohne Keramikring 21

22 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Verfahrensentwicklung SRM Bolzenschweißen - Anwendung für Bolzen bis 12 mm - Verschweißung von Edelstahlbolzen Bolzen bis 12 mm auf Blech (Stahl oder Edelstahl) - nahezu Blaswirkungsfrei - einseitige Masseklemmung möglich - alle Positionen ohne Keramikring SRM Schweißkopf Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 22

23 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Geräte und Pistolenentwicklung SRM Schweißen - für Schweißungen mit hohen Qualitätsanforderungen - sehr hohe Reproduzierbarkeit - erprobte Gase Ar + 18% CO 2 Ar + 2,5% CO 2 Ar+20%He+2%CO 2 Ar+2%H 2 PH 3N (SRM) 23

24 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Anwendung mit mobiler Schweißpistole PH-3N (SRM) 24

25 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Anwendung mit mobiler Schweißpistole Schweißung unter Schutzgas Ar+18%CO 2 mit Magnetfeld. Zwangslage PC - an senkrechter Wand ohne Keramikring Oberseite Bolzen: M12, S235 Blech : unlegierter Stahl Stromstärke: ca. 900 A Schweißzeit: ca. 170 ms Abhub: 2,0 mm Unterseite Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 25

26 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Geräte und Pistolenentwicklung SRM Schweißen für Bolzen zweite Generation für mobile und stationäre Anwendung - Schweißstrom 800 A - 8 kg, 100kHz - B x H x L 30 x 22 x 10 cm - Hubzündungsverfahren - SRM Muttern - SRM Bolzen - alle Soyer Schweißpistolen PH 3N (SRM) -- leicht, einfach transportabel -- universell -- wirtschaftlich -- praktisch Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 26

27 4. Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbogen Anwendung mit automatischem Schweißkopf - automatische Bolzenzuführung Schweißkopf - Schweißkopf mit integrierter Wegmessung - optional Schweißkopf mit Längenausgleich - automatische Bolzenvereinzelung - optional schwenkbarer Schweißkopf - optimierte Gasführung (Schweißung auf Rohr) - auf Wunsch Qualitätsüberwachung und Speicherung jeder Schweißung - M 5 10 Bolzen / Min - M12 6 Bolzen / Min 27

28 5. Verfahrensvergleich Gewindebolzen M 12 (PD) HZ-1 Bolzen M12 Abfall Hubzündungsschweißen mit Keramikring Hubzündungschweißen mit bewegtem Lichtbogen und HZ 1 Schweißbolzen Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 28

29 5. Verfahrensvergleich Bolzen Durchmesser 12 mm Hubzündung mit Keramikring Schweißen mit rotierendem Lichtbogen und HZ 1 Schweißelementen Schweißstrom Schweißzeit Energie Keramikring 800 A 450 ms 9500 Ws Schweißstrom 720 A Schweißzeit 170 ms - 60 % Energie 2800 Ws - 70 % - 4,0mm Bolzenverkürzung -1,0mm 290 mm 3 Schmelzvolumen 84 mm % Zugfestigkeit 100 % 0,3mm 1,5mm 2,5mm 1,5 mm Breite Schmelzzone 0,3mm 2,5mm Einbrandtiefe 1,0mm 1,0mm Mögliche Schweiß-Positionen Mögliche Schweiß-Positionen E C D B A C B A Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 29

30 5. Verfahrensvergleich Bolzen Durchmesser 12 mm Hubzündung mit Keramikring Schweißen mit rotierendem Lichtbogen und HZ 1 Schweißelementen Sicherheit Qualität ;Wiederholbarkeit Energieverbrauch Verzug Werkstück Blaswirkung Gefügeveränderung im Grundwerkstoff Qualitätsprobleme durch feuchte Keramikringe Verschraubung nicht durchgängig Abfall Sicherheit Qualität ;Wiederholbarkeit Energieverbrauch - 70% Verzug Werkstück Blaswirkung Gefügeveränderung im Grundwerkstoff Einbrandtiefe - 60% Verschraubung durchgängig Kein Abfall Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik GmbH, Inninger Straße 14, D Wörthsee, 30

31 6. Zusammenfassung Bolzenschweißen mit bewegtem Lichtbolzen und HZ 1 Bolzen Verfahren: geeignet für stationäre und mobile Anwendung bis 12mm, insbesondere bei der automatisierten Massenfertigung mit hohen qualitativen Anforderungen Vereinigt die Vorteile der Hubzündungsschweißens mit denen des CD Bolzenschweißens Vorteile: - sehr gute Reproduzierbarkeit des Schweißergebnisses - optisch identische Schweißungen - nahezu Blaswirkungsfrei, auch bei nur einer Masseklemme - sehr geringer Energieeintrag, geringer flacher Einbrand - keine Verschmutzung, keine Hilfswerkstoffe ( kein Müll) - Anwendung: Bolzen Blech Verhältnis bis 10:1 - sehr gut geeignet für automatisierte Massenproduktion - besonders geeignet für den Druckbehälterbau 31

32 6. Aussicht Planung: Erweiterung der Anwendbarkeit des Verfahrens für Bolzen bis 16 mm Durchmesser Gefördert durch den Freistaat Bayern und die Bayerische Forschungsstiftung Forschungsprojekt der Bayerischen Forschungsstiftung; AZ Projektpartner: GSI mbh NL SLV München Universität der Bundeswehr München Heinz Soyer Bolzenschweißtechnik 32

33 Vorsprung durch Erfindergeist und Service 33