Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden
Gebrauchseigenschaften Erfüllung der Kundenerwartung hinsichtlich Werkstoffeigenschaften des Schweißgutes Verarbeitungseigenschaften (Schweißeigenschaften) Macro section Eigenschaftsdefinition für Schweißzusätze
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
1. Gasdüse 2. Kontaktdüse 3. Schutzgas 4. Drahtmantel 5. Drahtfüllung 6. Freies Drahtende 15-25 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
Fülldrahtquerschnitt überlappt, Drahtdurchmesser Ø 1,2 mm (10fach vergrößert) agglomeriertes Füllpulver (50fach vergrößert) Fülldrahtfüllung (Schlackeführend)
Abschmelzleistung Parameterfenster Zwangslagenschweißung Anwendungsbeispiele Verarbeitungseigenschaften von Fülldrähten und deren Einfluss auf die Produktivität im Vergleich mit Massivdrähten
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
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
Abschmelzleistung kg/h 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 5 10 15 20 Drahtvorschubgeschwindigkeit m/min Massivdraht G 19 12 3 L Si Ø 1,2 mm m = 8,44 g/m Metallpulver T 19 12 3 L MM1 Ø 1,2 mm m = 8,24 g/m Rutil T 19 12 2 L R M 3 Ø 1,2 mm m = 6,68 g/m Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit
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
Theoretische Abschmelzleistung, d.h. bei 100 % ED [kg/h] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 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 100 200 300 400 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
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 2 250 A = 318 A/mm 2 Massivdraht 1,2 mm 200 A = 177 A/mm 2 250 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
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
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
Spannung [V] 40 38 36 34 32 30 28 26 24 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 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)
Spannung (V) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 SLB Fülldraht 1,2 mm; M21 T 19 12 3 L RM 3 Massivdraht 1,2 mm; M12 G 19 12 3 L Si SLB Massivdraht 1,0 mm; M12 G 19 12 3 L Si 100 150 200 250 300 Stromstärke (A) Parameterfenster: schlackeführender Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdrähte 12 mm
Spannung (V) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 Gültig für alle Standardaustenittypen Fülldraht 0,9 mm Fülldraht 1,2 mm Fülldraht 1,6 mm 80 180 280 380 Stromstärke (A) Schutzgas: M21, Kontaktrohrabstand: 12 mm ( 0,9 mm), 20 mm ( 1,6 mm) Parameterfenster schlackeführender Fülldrahtelektroden
Spannung [V] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 G 13 4, 1,2 mm; M21 (Ar + 10 % CO 2 ) T 13 4 MM2 1,2 mm; M12 (Ar + 2,5 % CO 2 ) 0 5 10 15 20 Draht [m/min] Parameterfenster: Metallpulver-Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdraht 18 mm
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 70-80 % 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
100000 Schlackenerstarrung vollständig erfolgt kurze Schlacke lange Schlacke Viskosität [mpa*s] 10000 1000 100 10 1550 T 19 12 3 LPM 1 T 19 12 3 LRM 3 1500 1450 1400 1350 1300 1250 Schlackenerstarrungsbeginn Schlackentemperatur [ C] Viskositätsverhalten von Fülldrahtschlacken
[cm] 30 25 20 15 10 5 0 Fülldraht T 19 12 3 L PM 1 EAS 4 PW-FD Ø 1,2 mm M 21 [cm] 30 Massivdraht 25 20 15 10 5 0 G 19 12 3 L Si EAS 4 M-IG (Si) Ø 1,0 mm M 12 [cm] 30 25 20 15 10 5 0 Stabelektrode E 19 12 3 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)
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)
Kerbschlagzähigkeit: Schweißverbindung Fülldraht - Massivdraht - Stabelektrode
Kerbschlagzähigkeit artgleicherschweißverbindungen aus Duplexstahl 1.4462: normaler (S) und PW-Fülldraht
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
Vollständige Umhüllung des Tropfens mit Rutilschlacke Teilweise abgelöste Schlacke Tropfenübergang bei schlackeführenden Rutil-Fülldrähten
Fülldraht Ø 1,2 mm T 19 12 3 L R M 3 Schutzgas M21 Massivdraht Ø 1,2 mm G 19 12 3 L Si Schutzgas M12 Vergleich Nahtoberfläche Rutil-Fülldraht - Massivdraht
Kerbschlagarbeit [J] 80 75 70 65 60 55 50 45 Ar + 30 % He + 1 % CO 2 Ar + 2,5 % CO 2 Temperatur [C ] AW 40-30 -20-10 0 10 20 30 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
DIN EN 12073 T 19 12 3 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 1 2 3 4 5 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 12073 und AWS A 5.22
Für waagrechte und horizontale Schweißpositionen Markenname Einstufung nach EN 12073 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 19 12 3 L R M (C) 3 E 316 LT0-4/-1 Böhler SAS 4-FD T 19 12 3 Nb R M (C) 3 E 318 T0-4/-1 Böhler E 317 L-FD T 19 13 4 L R M 3 E 317 LT0-4/-1 Böhler CN 22/9 N-FD T 22 9 3 L N R M (C) 3 E 2209 T0-4/-1 Böhler CN 23/12-FD T 23 12 L R M (C) 3 E 309 LT0-4/-1 Böhler CN 23/12 Mo-FD T 23 12 2 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 12073 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 19 12 3 L P M (C) 1 E 316 LT1-4/-1 Böhler SAS 4 PW-FD T 19 12 3 Nb P M (C) 1 E 318 T1-4/-1 Böhler CN 22/9 PW-FD T 22 9 3 L N P M (C) 1 E 2209 T1-4/-1 Böhler CN 23/12 PW-FD T 23 12 L P M (C) 1 E 309 LT1-4/-1 Böhler CN 23/12 Mo PW-FD T 23 12 2 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
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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4313 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
Grundwerkstoff: Mantel, Oberteil, Dach W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4301 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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 Wanddicke: 15-25 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
UNS 31803 1.4462 UNS 31803 1.4462 49 mm pipe Ø 508 mm Macro section 2 1 3 GTAW Position PF, Schutzgas M21 Tv ca. 100 C, Tzl max. 150 C side bend test specimen Rohrrundnaht aus Duplexstahl 1.4462
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4404 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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4571 Schweißzusatz: EAS 4 M-FD 1,2 mm Fox EAS 4 M Schweißposition: PA (Wannenlage) Verbindungen: Kehlnaht Werksfoto: Andritz AG, Austria Schneckenwelle - Papierindustrie
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4571 + 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
Grundwerkstoff: Mantel und Böden: W.Nr. 1.4571 Aussenhalbschlangen: W.Nr. 1.4541 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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 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
Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4301 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
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)
Verschleißzonen, durch Kavitation Werksfoto HDW, Kiel Ruderblatt der Fähre Superfast
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
Fähre Superfast Werksfoto: HDW, Kiel
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.
Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit