Plasma-Schweißen und Plasma-Löten

Transkript

1 Plasma-Schweißen und Plasma-Löten Dr.-Ing. E. Schubert; A. Binzel Schweisstechnik, Gießen Fügeverfahren im Wettbewerb Forderungen der Anwender Anforderungen an Brenner und Stromquelle Anwendungsbeispiele Zusammenfassung

2 Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren Plasma MIG WIG 3300 C C 2400 C C 8000 C C C Fügeverfahren im Wettbewerb

3 Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren Eingesetzte Energiequelle zum Schweißen Gasschmelzschweißen Lichtbogenhandschweißen MIG/ WIG - Schweißen Potential hoher Leistungsbereiche Plasmaschweißen Laser-/ Elektronenstrahlschweißen [W/cm ] 10 Energiedichte Fügeverfahren im Wettbewerb

4 Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren Erreichbare Schweißgeschwindigkeiten für verschiedene Werkstoffe Schlussfolgerung: Im Dünnblechbereich kann das Plasmaschweißen die Lücke in den erreichbaren Schweißgeschwindigkeiten zwischen Lasern und den konventionellen Schweißverfahren MIG/MAG und WIG schließen. Schweißgeschwindigkeit m/min Parameter: Stumpfstoß, 1 mm Laser: 2,5 kw konv. Schweißverfahren: gängige Arbeitsparameter aust. Stähle Baustahl Aluminium 0 Laser (CO2, YAG) HLDL Plasma MIG/MAG WIG Anmerkung: HLDL = Diodenlaser) Fügeverfahren im Wettbewerb

5 Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren Notwendige Streckenenergien für verschiedene Werkstoffe Schlussfolgerung: Im Dünnblechbereich gewährleistet Plasmaschweißen einen niedrigeren Wärmeeintrag und Verzug als die konventionellen Schweißverfahren MIG/MAG und WIG Streckenenergie kj/cm 2,5 2 1,5 1 0,5 aust. Stähle Baustahl Aluminium Parameter: Stumpfstoß, 1 mm Laser: 2,5 kw konv. Schweißverfahren: gängige Arbeitsparameter 0 Laser (CO2, YAG) HLDL Plasma MIG/MAG WIG Anmerkung: HLDL = Diodenlaser) Fügeverfahren im Wettbewerb

6 Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren Zulässige Positionierungstoleranzen und Spaltmaße (Schätzwerte) Schlussfolgerung: Im Dünnblechbereich sind beim Plasmaschweißen gegenüber Lasern deutlich größere Spaltmaße und Positionierungstoleranzen möglich. Plasmaschweißen erfordert deutlich geringere Investitionsaufwendungen als Laserschweißen. Kosteneinsparpotential zulässige Toleranz in mm Positionstoleranz der Schweißenergiequelle Spaltmaßtoleranz 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 Laser (CO2, YAG) HLDL Plasma WIG MIG/MAG Anmerkung: HLDL = Diodenlaser) Fügeverfahren im Wettbewerb

7 Verfahrensvarianten: Nahteigenschaften: Prozeßeigenschaften: Schweißen, Löten, Beschichten, Plattieren, Wärmebehandeln Spritzerfrei, porenfrei, glatt Hohe Geschwindigkeiten, gute Zugänglichkeit, geringe Streckenenergie, gute Gasabdeckung Kosten: Möglichst geringe Invest- und Betriebskosten (im Vergleich zum Laserprozeß) Forderungen der Anwender

8 Stichlochtechnik Schweißen mittlerer Blechdicken 2-12 mm Wurzellagenschweißungen Schienenfahrzeuge, Behälter, Rohre Nichtrostende Stähle, Titan und Aluminium Hohe Schweißgeschwindigkeit bis 90cm/min Fugenbreite 0,1 x Blechdicke Schweißstrom: A Verfahrensvarianten

9 - + Plasmagas Schutzgas Lot Plasmalöten Kennwerte: Plasmastrom A Spannung V Abstand 6-8 mm Drahtgeschw. bis 2m/min bei 1,2 mm Blechdicke 0,8-2 mm Lötrichtung Verfahrensvorteile gegenüber MSG- Schweißen/MIG-Löten: Hohe Wirtschaftlichkeit Vs bis 1,5 m/min Kein Verzug Trennung von Energie- und Werkstoffeinbringung Keine Spritzer Kaum Abdampfung der Zinkschicht/kaum Rauch Schmale Nähte Wenig Nacharbeit Verfahrensvarianten

10 Plasma-Pulver-Auftrags-Schweißen (PTA, PPA) Plasmagas Kühlung Pulver und Fördergas Schutzgas Stromkontakt Wolframelektrode Auftragschicht Grundwerkstoff Kennwerte: Plasmastrom A Plasmaspannung V Pilotstrom 4-80 A Pulverfraktion µm Schweißrichtung Merkmale: Hohe Prozeßstabilität / Gute Steuer- und Regelbarkeit Nahezu beliebige Zusatzlegierungen Aufmischung einlagig 5% Schweißgeschwindigkeit bis 12 cm/min Abschmelzleistung 1-8 kg/h Abstand Brenner / Werkstück 3-35 mm Verfahrensvarianten

11 Plasma-Pulver-Verbindungs-Schweißen Pulver und Fördergas H F- Zündung Wolframelektrode Schweißenergieq ue lle Flexibel durch koaxiale Pulverzufuhr Thermische Entkopplung Spaltüberbrückung Niedrige Wärmeeinbringung Prozeßsicherheit / Robotereinsatz Plasmastrom A Brennerabstand 6-12 mm Schweißgeschwind. bis 1,2 m/min Blechdicke: 1-8 mm Verfahrensvarianten

12 Brennertechnologie Leistung: A, AC/DC, Pluspol A, AC/DC, Pluspol Merkmale: kleine Baugröße, langlebige Verschleißteile (effektive Kühlung), einfacher Verschleißteilwechsel und WE-Einstellung Brennerwechselsystem, Kaltdrahtzuführung Stromquellen Leistung: Merkmale: Bis 500 A, AC, DC mit WIG Charakteristik Invertertechnik, frei programmierbar, Gasesteuerung Anforderungen an Brenner und Stromquelle

13 Brennertechnologie ABIPLAS WELD 100 W ABIPLAS WELD 100 W POWDER Spannkappe / torch cap Plasmagas / plasma gas Spannkappe / torch cap Plasmagas / plasma gas oberer Kühlkreislauf / upper cooling circuit oberer Kühlkreislauf / upper cooling circuit Kühlkörper / cooling body Wolframelektrode / tungsten electrode Gasdiffusor / gas diffuser unterer Kühlkreislauf / lower cooling circuit Schutzgas / shielding gas keramische Schutzgasdüse / ceramic shielding-gas nozzle Kühlkörper / cooling body Wolframelektrode / tungsten electrode keramische Schutzgasdüse / ceramic shielding-gas nozzle unterer Kühlkreislauf / lower cooling circuit Plasmadüse / plasma nozzle Plasmadüse / plasma nozzle Pulverdüse / powder nozzle Anforderungen an Brenner und Stromquelle

14 Brennertechnologie Extrem kleine Bauform vermeidet Zugänglichkeitsprobleme Optimale Brennerkühlung hohe Standzeit der Verschleißteile Wenige Verschleißteile und nur ein Universalwerkzeug zum Einstellen der W-Elektrode und zum Verschleißteilwechsel vereinfachen die Handhabung ABIPLAS WELD 100 W Durch stabilen, weichen Lichtbogen spritzerfreies Fügen und Beschichten ohne Nacharbeit sowie keine HF-Zündprobleme Sehr gute Gasabdeckung dank spezieller Gaslinse erlaubt die Verarbeitung sensitiver Werkstoffe ABIPLAS WELD 100 W POWDER Anforderungen an Brenner und Stromquelle

15 Brennertechnologie Technische Daten Daten nach EN nach DIN/EN Technische Daten nach EN Plasma-Schweißbrenner ABIPLAS WELD (flüssiggekühlt) Typ max. Belastung (A) ED (%) DC - DC+ AC ABIPLAS WELD 100 W ABIPLAS WELD 150 W Plasma-Schweißbrenner ABIPLAS WELD POWDER (flüssiggekühlt) Typ max. Belastung (A) ED (%) DC - DC+ AC ABIPLAS WELD 100 POWDER W Alle Brenner auch als Maschinenbrenner verfügbar (70 und 180 ) Anforderungen an Brenner und Stromquelle

16 Brennertechnologie ABIPLAS WELD 100 W MT Ø 16,5 12, 2 Ø25 Ø20 59,84 20,5 Ø20 32 Anforderungen an Brenner und Stromquelle

17 Drahtförderkomponenten für PLASMA-Anwendungen Brennertechnologie Anforderungen an Brenner und Stromquelle

18 Verkehrstechnik: Schaltschrankbau: Auto, Schiene, Luft- u. Raumfahrt (Dickenbereich 0,6 bis 8 mm einlagig) Achsen, Wellen, Srukturbauteile wie Dach-/Seitenwandverbindungen, Säulen, Anbauteile aus Stahl (verzinkt, unverzinkt), Al-, Ti- und Mg-Legierungen Vor allem Ecknähte an Stählen, Cu-Legierungen Beschichtungstechnik: Plasma-Pulver-Auftragsschweißen (Ni, Co, Fe- Basis) zum Verschleiß- u. Korrosionsschutz auf Stahlbauteilen, Werkzeugen, Ventilen, etc. Diverse Industriezweige: Weiße Ware, Rohre, Ventile, u.v.m. Anwendungsbeispiele

19 Diverse Industriezweige: Feuerlöscher Schweißaufgabe: St 37-2, Wandstärke 1,25 und 1,5 mm Druckdicht verschweißen bis 70 bar Schweißparameter: Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 165 A Schweißgeschwindigkeit: 1,6 m/min Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H 2 94/6 Anwendungsbeispiele

20 Diverse Industriezweige: Ventilgehäuse Schweißaufgabe: Edelstahl, rostfrei Wandstärke 5 und 6 mm Alternative zu WIG und Laser Schweißparameter: Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 135 A Schweißgeschwindigkeit: 0,4 m/min Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H 2 94/6 Anwendungsbeispiele

21 Beschichtungstechnik: Tagebau-Bagger Anwendungsbeispiele

22 Schaltschrankbau: Ecknähte Schweißaufgabe: Baustahl St 37 Wandstärke 1,5 mm Ecknaht, Spalt 0,5 mm Schweißparameter: Brenner: APW POWDER WELD 100 W von 60 A bis 105 A; 10 g/min Pulver Schweißgeschw.: 0,7-1,2 m/min Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H 2 94/6 Anwendungsbeispiele

23 Verkehrstechnik: Abgas-Strang Schweißparameter: Schweißaufgabe: Edelstahl, rostfrei ; S = 0,2 mm Alternative zu WIG und Laser Brenner: ABIPLAS WELD 100 W bei 35 A Schweißgeschwindigkeit: 7 m/min Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H 2 94/6 Anwendungsbeispiele

24 Verkehrstechnik: Plasmalöten beim BMW 3er Cabrio Schweißaufgabe: Karosserieblech DC 05 Blechdicke 1 mm mit 7,5 µm Zink Überlappstoß Alternative zum Laser Schweißparameter: Brenner: APW 100 W bei 65 A Schweißgeschw.: 0,8 m/min SZW CuSi3 Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar Anwendungsbeispiele

25 Verkehrstechnik: Plasmaschweißen Roboter-Plasma-Schweißen mit Kaltdrahtzufuhr Brenner: ABIPLAS WELD 150 W Drahtförderung: Master Feeder System Anwendungsbeispiele

26 Verkehrstechnik: Plasmaschweißen Schweißaufgabe: Al-Profil (AlMgSi) an Al-Blech (AlMg) SZW: AlSi12 Wandstärke 2 an 1 mm Alternative zu Laserschweißen Schweißparameter: Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 95 A AC Schweißgeschwindigkeit: 0,6 m/min Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/He 70/30 Anwendungsbeispiele

27 Plasmaschweißen als Alternative zu anderen Fügeverfahren Neue Entwicklungen in der Gerätetechnik (Stromquelle, Brenner und Drahtzuführung) ermöglichen den wirtschaftlichen Einsatz der Plasmaverfahren Anwendungen für Plasmaschweißen, Plasmalöten, Plasmapulverschweißen und Plasmapulverbeschichten sind in der Erprobung oder bereits in der industriellen Anwendung Die Plasmaverfahren stellen eine wirtschaftliche Alternative zu Laserverfahren im automatisierten Einsatz dar Manuelle Plasma-Anwendungen sind aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und einfachen Handhabung den MIG und WIG-Verfahren häufig überlegen Zusammenfassung