Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden

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1 Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden

2 Gebrauchseigenschaften Erfüllung der Kundenerwartung hinsichtlich Werkstoffeigenschaften des Schweißgutes Verarbeitungseigenschaften (Schweißeigenschaften) Macro section Eigenschaftsdefinition für Schweißzusätze

3 Stromquelle konventionell MAG-Puls Drahtelektrode MAG-geschwei geschweißte Verbindung hochlegiert Schutzgas Massivdraht Fülldraht Typ M oder R/P konventionelle spezielle Gasmischungen Prozessbedingte Bauelemente für eine MAG-geschweißte Verbindung

4 1. Gasdüse 2. Kontaktdüse 3. Schutzgas 4. Drahtmantel 5. Drahtfüllung 6. Freies Drahtende mm 7. Tropfentransport im Lichtbogen 8. Schmelzbad, Metall und Schlacke 9. Aufsteigende Schlacke 10. Erstarrtes Schweißgut 11. Erstarrte Schlacke 12. Schweißraupe Pulverfüllung ermöglicht Desoxydation des Schweißgutes Bildung von Schlacke Stabilisierung des Lichtbogens Zufuhr von z.b. Metallpulver beeinflußt Schweißeigenschaften Abschmelzleistung Positionseignung Mechanische Gütewerte Verfahrensprinzip

5 Fülldrahtquerschnitt überlappt, Drahtdurchmesser Ø 1,2 mm (10fach vergrößert) agglomeriertes Füllpulver (50fach vergrößert) Fülldrahtfüllung (Schlackeführend)

6 Abschmelzleistung Parameterfenster Zwangslagenschweißung Anwendungsbeispiele Verarbeitungseigenschaften von Fülldrähten und deren Einfluss auf die Produktivität im Vergleich mit Massivdrähten

7 Die Abschmelzleistung ausgedrückt in: Masse eingebrachtes Schweißgut pro Zeiteinheit wird in der Regel wie folgt dargestellt: Variante 1: Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit Variante 2: Abschmelzleistung bezogen auf die Schweißstromstärke Abschmelzleistung

8 In der Darstellung: Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit haben schlackebildende Fülldrähte gegenüber dem Massivdraht niedrigere Werte Die aus mehreren Pulverkomponenten bestehende Füllung der Fülldrähte ist porös, d.h. eben nicht massiv und beinhaltet je nach Fülldrahttyp auch noch schlackebildende Anteile. Diese tragen zum abgeschmolzenen Schweißgut und damit zur Abschmelzleistung nichts bei. Abschmelzleistung bezogen auf den Drahtvorschub

9 Abschmelzleistung kg/h Drahtvorschubgeschwindigkeit m/min Massivdraht G L Si Ø 1,2 mm m = 8,44 g/m Metallpulver T L MM1 Ø 1,2 mm m = 8,24 g/m Rutil T L R M 3 Ø 1,2 mm m = 6,68 g/m Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit

10 In der Darstellung: Abschmelzleistung bezogen auf die Schweißstromst stromstärkerke haben schlackebildende Fülldrähte gegenüber dem Massivdraht deutlich höhere Werte Dieser Unterschied ergibt sich aus der systematisch höheren Stromdichte bezogen auf den stromführenden Drahtquerschnitt des Fülldrahtes gegenüber dem Massivdraht. Dadurch erbringen Fülldrähte eine bestimmte Abschmelzleistung bei systematisch geringerer aufgewendeter Energie im Vergleich zu den Massivdrähten. Abschmelzleistung bezogen auf die Stromstärke

11 Theoretische Abschmelzleistung, d.h. bei 100 % ED [kg/h] Schweißposition: waagrecht (PA) Fülldraht R Ø 0,9 mm * Fülldraht R Ø 1,2 mm Massivdraht Ø 1,0 mm * 5 mm 4 mm Fülldraht R Ø 1,6 mm Stromstärke [A] Vergleich der Abschmelzleistung von Stabelektroden, Massivdraht- und Fülldrahtelektroden hochlegiert Fülldraht M Ø 1,2 mm Massivdraht Ø 1,2 mm Stabelektrode Fülldraht Ø 0,9 mm Argon + 18 % CO 2 Kontaktrohrabstand 15 mm Ø 1,2/1,6 mm Argon + 18 % CO 2 Kontaktrohrabstand 20 mm Massivdraht Argon + 2,5 % CO 2 Kontaktrohrabstand 12 mm

12 Querschnittsfläche Massivdraht 1,0 mm = 0,79 mm 2 1,2 mm = 1,13 mm 2 Fülldraht 1,2 mm = 0,74 mm 2 Stromdichte Massivdraht 1,0 mm 200 A = 254 A/mm A = 318 A/mm 2 Massivdraht 1,2 mm 200 A = 177 A/mm A = 221 A/mm 2 Fülldraht 1,2 mm 200 A = 270 A/mm 2 Strombelastbarkeit 250 A = 338 A/mm 2 Massivdraht 1,0 mm = max. 250 A Fülldraht 1,2 mm = max. 280 A Vergleich der Stromdichte Massivdraht - Fülldraht

13 Fülldraht Ø 1,2 mm M21 Massivdraht Ø 1,2 mm M12 Fülldrähte haben im Vergleich zu Massivdraht einen breiteren Lichtbogen, der Einbrand wird verbessert und die Gefahr der Flankenbindefehler minimiert Einbrandverhalten: Fülldraht - Massivdraht

14 Eine für die Anwendungspraxis gut brauchbare Darstellung des Arbeitsbereiches für Fülldrähte ist das Parameterfenster Innerhalb des Fensters führen alle auf einer Standardstromquelle gewählten Einstellparameter (Spannung, Drahtvorschub und daraus resultierend Schweißstromstärke) zu einem ruhigen, spritzerarmen und kurzschlußfreien Werkstoffübergang. Parameterfenster

15 Spannung [V] Stromstärke [A] Drahtdurchmesser 1.2 mm, Schutzgas M21, Kontaktrohrabstand: 20 mm Parameterfenster Böhler NIBAS 70/20-FD (TypNi 6082 NiCr20Mn3Nb nach DIN EN ISO 14172/18274)

16 Spannung (V) SLB Fülldraht 1,2 mm; M21 T L RM 3 Massivdraht 1,2 mm; M12 G L Si SLB Massivdraht 1,0 mm; M12 G L Si Stromstärke (A) Parameterfenster: schlackeführender Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdrähte 12 mm

17 Spannung (V) Gültig für alle Standardaustenittypen Fülldraht 0,9 mm Fülldraht 1,2 mm Fülldraht 1,6 mm Stromstärke (A) Schutzgas: M21, Kontaktrohrabstand: 12 mm ( 0,9 mm), 20 mm ( 1,6 mm) Parameterfenster schlackeführender Fülldrahtelektroden

18 Spannung [V] G 13 4, 1,2 mm; M21 (Ar + 10 % CO 2 ) T 13 4 MM2 1,2 mm; M12 (Ar + 2,5 % CO 2 ) Draht [m/min] Parameterfenster: Metallpulver-Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdraht 18 mm

19 Eigenschaften der PW-Fülldrahtelektroden Gute Stützwirkung durch schnell erstarrende Rutilschlacke des P-Types, dadurch bedingt die Möglichkeit der Verwendung höherer Stromstärken In allen Positionen verschweißbar - Vorsicht bei Fallnaht Schlackeneinschluß % höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich keine Impulsstromquelle notwendig Feintropfiger, spritzerarmer, intensiver Sprühlichtbogen Flache, gut benetzte Nahtausbildung Gute mechanische Gütewerte - Kerbschlagwerte höher als beim R-Typ Eine Parametereinstellung für alle Positionen (z.b.160 A/25 V/8,5 m/min.) Fülldrahtelektroden für die Zwangslagenschweißung

20 Schlackenerstarrung vollständig erfolgt kurze Schlacke lange Schlacke Viskosität [mpa*s] T LPM 1 T LRM Schlackenerstarrungsbeginn Schlackentemperatur [ C] Viskositätsverhalten von Fülldrahtschlacken

21 [cm] Fülldraht T L PM 1 EAS 4 PW-FD Ø 1,2 mm M 21 [cm] 30 Massivdraht G L Si EAS 4 M-IG (Si) Ø 1,0 mm M 12 [cm] Stabelektrode E L R 32 FOX EAS 4 M-A Ø 3,2 mm Fülldraht nicht gepulst I: 180 A U: 27,5 V VD = 8,3 m/min V S 220 mm/min Massivdraht gepulst I: 100 A U: 20 V VD = 5,5 m/min V S 145 mm/min Stabelektrode I: 90 A U: 26 V V S 75 mm/min Erzielbare Nahtlängen in 1 Minute Schweißzeit a-maß = 6, Position PF (3F)

22 Fülldraht Böhler EAS 4 PW-FD Ø 1,2 mm 25 V, 8,2 m/min, 155 A Schutzgas M21 Sprühlichtbogen Nahtbild = flach Massivdraht Böhler EAS 4 M-IG Si Ø 1,0 mm 25 V, 6,4 m/min, 115 A Schutzgas M12 Impulslichtbogen Nahtbild = überwölbt 25 V, 8,2 m/min, 155 A Schutzgas M21 Sprühlichtbogen Nahtbild = flach 25 V, 5,0 m/min, 100 A Schutzgas M12 Impulslichtbogen Nahtbild = flach Nahtprofile: Fülldraht - Massivdraht Kehlnähte in senkrecht steigender Position (PF)

23 Kerbschlagzähigkeit: Schweißverbindung Fülldraht - Massivdraht - Stabelektrode

24 Kerbschlagzähigkeit artgleicherschweißverbindungen aus Duplexstahl : normaler (S) und PW-Fülldraht

25 Schlackeführende Fülldrahtelektroden M21 nach DIN EN 439: 5-25 % CO2 + Rest Ar Standard Ar + 18 % CO2 C1 nach DIN EN 439: 100 % CO2 Ni-Basis Fülldrahtelektroden grundsätzlich M21 Metallpulver - Fülldrahtelektroden Im Prinzip wie Massivdrahtelektroden: M12 nach DIN EN 439: 0-5 % CO2 + Rest Ar Standard Ar + 2,5 % CO2 Ni-Basis Fülldrahtelektroden: I1 Reinargon oder I3 Ar + He Gemische oder Ar + He + geringe aktive Bestandteile z.b. 0,05-2 % CO2 Schutzgase für hochlegierte Fülldrahtelektroden

26 Vollständige Umhüllung des Tropfens mit Rutilschlacke Teilweise abgelöste Schlacke Tropfenübergang bei schlackeführenden Rutil-Fülldrähten

27 Fülldraht Ø 1,2 mm T L R M 3 Schutzgas M21 Massivdraht Ø 1,2 mm G L Si Schutzgas M12 Vergleich Nahtoberfläche Rutil-Fülldraht - Massivdraht

28 Kerbschlagarbeit [J] Ar + 30 % He + 1 % CO 2 Ar + 2,5 % CO 2 Temperatur [C ] AW WBH: 580 C/8h/Ofen bis 300 C/Luft AW: im geschweißten Zustand Kerbschlagzähigkeit in Abhängigkeit vom Schutzgas (reines SG) Böhler CN 13/4-MC Ø 1,2 mm, Position PA

29 DIN EN T L R M (C) 3 AWS A 5.22 E 316 LT0-4(1) Symbol für eine Fülldrahtelektrode Kennzeichnet die Legierungszusammensetzung des reinen Schweißgutes CrNiMo) Symbol für die Füllung (nachstehende Tabelle) Symbol für das zu verwendende Schutzgas M = Mischgas C = 100 % CO 2 Symbol für die empfohlene Schweißposition (nachstehende Tabelle) Symbol für eine Schweißelektrode Kennzeichnung der Legierungszusammensetzung des reinen Schweißgutes Symbol für eine Fülldrahtelektrode Symbol für die empfohlene Schweißposition 0 = waagrecht und horizontal 1 = alle Pos. Symbol für das zu verwendende Schutzgas 4 = Mischgas Argon /CO 2 1= 100 % CO 2 3 = selbstschützend 5 = 100 % Argon Beschreibung der Füllung Kennzeichen R P M U Z Eigenschaften Rutil, langsam erstarrende Schlacke Rutil, schnell erstarrende Schlacke Metallpulverfüllung ohne Schutzgas andere Typen Kennziffern für Schweißpositionen alle Positionen alle Positionen, außer Fallnaht Stumpfnaht in Wannenposition, Kehlnaht in Wannen- und Horizontalpos. Stumpfnaht in Wannenposition, Kehlnaht in Wannenposition Fallnahtposition und Positionen wie Kennziffer 3 Normeinstufung nach DIN EN und AWS A 5.22

30 Für waagrechte und horizontale Schweißpositionen Markenname Einstufung nach EN Einstufung nach AWS A 5.22 Böhler EAS 2-FD T 19 9 L R M (C) 3 E 308 LT0-4/-1 Böhler SAS 2-FD T 19 9 Nb R M (C) 3 E 347 LT0-4/-1 Böhler EAS 4 M-FD T L R M (C) 3 E 316 LT0-4/-1 Böhler SAS 4-FD T Nb R M (C) 3 E 318 T0-4/-1 Böhler E 317 L-FD T L R M 3 E 317 LT0-4/-1 Böhler CN 22/9 N-FD T L N R M (C) 3 E 2209 T0-4/-1 Böhler CN 23/12-FD T L R M (C) 3 E 309 LT0-4/-1 Böhler CN 23/12 Mo-FD T L R M (C) 3 E 309 LMoT0-4/-1 Böhler E 308 H-FD TZ 19 9 H R M (C) 3 E 308 HT0-4/-1 Böhler A 7-FD T 18 8 Mn R M (C) 3 E 307 T0-G Böhler NIBAS 70/20-FD Typ NiCr20Mn3Nb R M (EN 14172) E NiCr-3 T0-4 (AWS A 5.34 Entw.) Für Zwangslagenschweißung Markenname Einstufung nach EN Einstufung nach AWS A 5.22 Böhler EAS 2 PW-FD T 19 9 L P M (C) 1 E 308 LT1-4/-1 Böhler SAS 2 PW-FD T 19 9 Nb P M (C) 1 E 347 LT1-4/-1 Böhler EAS 4 PW-FD T L P M (C) 1 E 316 LT1-4/-1 Böhler SAS 4 PW-FD T Nb P M (C) 1 E 318 T1-4/-1 Böhler CN 22/9 PW-FD T L N P M (C) 1 E 2209 T1-4/-1 Böhler CN 23/12 PW-FD T L P M (C) 1 E 309 LT1-4/-1 Böhler CN 23/12 Mo PW-FD T L P M (C) 1 E 309 LMoT1-4/-1 Böhler E 308 H PW-FD TZ 19 9 H P M (C) 1 E 308 HT1-4/-1 Böhler A 7 PW-FD T 18 8 Mn P M (C) 2 E 307 T1-G Normeinstufung Böhler - Fülldrahtelektroden

31 Lagerung in Räumen, in denen kontrollierbare Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit herrschen (max. 60 % Luftfeuchtigkeit und min. 15 C) Lagerung unter 10 C ist wegen Taupunktunterschreitung und Gefahr der Kondenswasserbildung zu vermeiden Eine Beschädigung der Verpackung ist zu vermeiden Rücktrocknung, falls erforderlich Bei Entnahme aus der verschlossenen Originalverpackung ist in der Regel keine Rücktrocknung erforderlich Möglichst innerhalb von 2-3 Tagen verbrauchen Rücktrocknung bei ca. 150 C / 24 h (Achtung: Spulkörper) Lagerrichtlinien für hochlegierte Fülldrahtelektroden

32 Grundwerkstoff: W.Nr Durchmesser: 6300 mm Gewicht: 63,5 t Elektrische Leistung: 150 MW Schweißzusatz: CN 23/12 Mo-FD 1,2 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) Schweißzusatzbedarf: 1200 kg Werksfoto: Voith Siemens Hydro, Heidenheim FRANCIS - Laufrad

33 Grundwerkstoff: Mantel, Oberteil, Dach W.Nr / UNS S Medium: Magnesiumsulfat Schweißzusatz: Fox CN 22/9 N CN 22/9 N-IG (WIG) CN 22/9 N-FD Schweißposition: PA, PB, PD, PF Fülldraht: PA, PB Werksfoto: Austrian Energy & Environment Graz, Austria Nassfilter einer chemischen Rückgewinnungsanlage Kimberly Clark, Australien

34 Grundwerkstoff: W.Nr Schweißzusatz: EAS 2-FD 1,2 mm Verbindungen: V-Nähte und Kehlnähte Größe des Bauteils: 1100 mm, Länge 4600 mm Wanddicken: 6-25 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) Werksfoto: Sartori-Stocktec GmbH, Neumünster Sterilisationsautoklav

35 Grundwerkstoff: W.Nr / UNS S Wanddicke: mm Medium: Meerwasser Schweißzusatz: Wurzel und 1. Lage: CN 22/9 N-IG 1,2 mm Füll- und Decklage: CN 22/9 N-FD 1,2 mm CN 22/9 N-PW-FD 1,2 mm Schweißposition: PA, PC, PE, PF Verbindungen: V-Nähte Werksfoto: Frank Mohn FlatØy A.S. Norway Vorfertigung des Rohrsystems für Löschwasser einer Offshore Plattform

36 UNS UNS mm pipe Ø 508 mm Macro section GTAW Position PF, Schutzgas M21 Tv ca. 100 C, Tzl max. 150 C side bend test specimen Rohrrundnaht aus Duplexstahl

37 Grundwerkstoff: W.Nr modifiziert (Mo-Gehalt > 2,5%) Wanddicke: 5 mm Schweißzusatz: EAS 4 M-FD 1,2 mm EAS 4 M-IG (WIG) Schweißpositionen: Fülldraht: PB Verbindungen: Kehlnaht (Bild links) HV-Naht (Bildmitte) beides maschinelle Schweißungen Flanschnähte: WIG Werksfoto: Voith Paper, Heidenheim Dampfblaskasten einer Papiermaschine

38 Grundwerkstoff: W.Nr Schweißzusatz: EAS 4 M-FD 1,2 mm Fox EAS 4 M Schweißposition: PA (Wannenlage) Verbindungen: Kehlnaht Werksfoto: Andritz AG, Austria Schneckenwelle - Papierindustrie

39 Grundwerkstoff: W.Nr Feinkornbaustahl Schweißzusatz: CN 13/12 Mo PW-FD 1,2 mm Schweißposition: PF (senkrecht steigend) Verbindungen: Kehlnähte und HV-Nähte Werksfoto: Andritz AG, Austria Stuhlung für Doppelsiebpresse - Papierindustrie

40 Grundwerkstoff: Mantel und Böden: W.Nr Aussenhalbschlangen: W.Nr Schweißzusatz: Fox SAS 4-A SAS 4-IG EAS 4 M-IG EAS 4 M-FD Schweißpositionen: Fülldraht: PA Verbindungen: V-Nähte und Kehlnähte Werksfoto: Apparatebau Kapfenberg Austria Rührwerksbehälter (beheizbar), Chemie-Linz

41 Grundwerkstoff: W.Nr / UNS S Wanddicke: 18 mm Medium: Sauergas Schweißzusatz: CN 22/9 N-FD 1,2 mm Schweißpositionen: PA, PE, PF Werksfoto: Visser und Smit, Hanab Nehtherland Flansch-Schweißverbindung

42 Grundwerkstoff: W.Nr Wanddicke: 0,8 mm Schweißzusatz: Typ EAS 2-MC 1,2 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) MAG-Puls, Position PA Schutzgas: Argon + 2,5 % CO 2 Schweißgeschwindigkeit: > 1 m/min. Dünnblechschweißung mit Roboter Y-Naht

43 Verschleiß im Bereich des Ascheabzugs (Boden) Bei dem doppelwandigen Behälter Höhe 18 m, 3,6 m in stehender Anordnung ist der Grundwerkstoff H II von ursprünglich 40 mm teilweise bis auf 8 mm abgezehrt worden. Beseitigung der Verschleißfolgen durch Auftragschweißungen mit: CN 23/12-FD (1. Lage) A 7-FD (Folgelagen) Schweißpositionen: PB, PC Werksfoto: SVZ (Sekundäres Rohstoffverwertungszentrum) und Fa. Steinführer Verschwelungsanlage für Braunkohle, Klärschlämme und Restmüll (gelb)

44 Verschleißzonen, durch Kavitation Werksfoto HDW, Kiel Ruderblatt der Fähre Superfast

45 Beseitigung der Kavitationsschäden durch Auftragsschweißungen Grundwerkstoff: A 36 und GS 20 Mn 5 Schweißzusätze: A 7-FD 1,2 mm CN 13/4-MC 1,2 mm und legierungsgleiche Stabelektroden Schweißpositionen: PC (Querposition) Werksfoto: HDW, Kiel Ruderblatt der Fähre Superfast

46 Fähre Superfast Werksfoto: HDW, Kiel

47 Frage: Wie können die Vorteile des Fülldrahtes vom Anwender stärker als bisher genutzt werden? Miteinbezug des Fülldrahtes in die Überlegungen bei: Schweißungen in Zwangslage der Entscheidung der Wahl der Stromquelle der Schutzgasart der Kalkulation des Putz- & Beizaufwandes Schweißaufgaben im Dünnblechbereich der Entscheidung: Ein- oder Mehrlagenplattierungen der Entscheidung über den Personaleinsatz; weniger geübte Schweißer finden optimale Schweißdaten relativ leicht, d.h. nach verhältnismäßig kurzer Zeit! Lösungen zur Produktivitätssteigerung tssteigerung sollten gemeinsam von Anwendern und Schweißzusatzhersteller gefunden werden.

48 Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit