Drahtreinigung Wie gründlich? Porentief oder nur Oberfläche Auftrag von Schweißdrahtfinish Ziel? Verringerung des Förderwiderstandes oder auch der Vibrationen
Springmaß Ø 1100 mm Draht ER70S6 Ø 1,2 mm Kontaktpunkt in der Kontaktspitze 1,46 mω 1,95 mω 1,95 mω Spannungsabfall in der Kontaktspitze 20 mv 200 mv 600 mv Stromübergang(A) I k1 180 175 163 I k2 74 77 85 I k3 46 48 52 40 mm Bei einer Kontaktfläche von ca. 1mm 2 liegt der Abstand von der Drahtoberfläche zu der Kontaktfläche (Bohrung) der Kontaktspitze im Bereich von 6 10 µm.
Messeinheit für Drahtgeschwindigkeit S3 WWTE-Anlage zur Prüfung von Schweißdrähten Messeinheit für Schweißstrom I und Schweißspannung U Messeinheit für Drahtgeschwindigkeit S2 Drahtvorschub mit Messeinheit für Förderwiderstand F
Oberflächenbehandlung von Schweißdrähten Zoom
Bei den Schweißversuchen mit kupferfreien Drähten bzw. auch bei anderen Drähten deren Gemeinsamkeit an einer relativ hohen Menge von Rest-bzw. aufgetragener Schmierstoffe liegt, wurde nach dem Schweißen die Oberfläche der Drahtenden am Auslauf der Kontaktspitze unter Mikroskop untersucht und dabei richtige Mikroschweißnähte festgestellt (Bilder 3-7) Bild 3: Die Mikroschweißnaht an der Kontaktstelle aus der Kontaktspitze. Massivdraht ER70S6, Menge der Verschmutzungen Gesamt- ca. 900 mg/m2 CH-Menge- ca. 150 mg/m2 Bild 4: vergrößerte Darstellung aus Bild 3 Bild 5: Die Mikroschweißnaht an der Kontaktstelle am Fülldraht Ø1,4 mm. Gezogen mit Ca- und Na Seifen, Rest C H-Menge ca. 300 mg/m2 Bild 7: Mehrere Mikroschweißnähte und die Kontaktstellen an einem hochlegierten Fülldraht Ø1,4 mm. War beschichtet mit Graphit. Bild 6: Mikroschweißnaht am Ende eines Fülldrahtes Ø1,6 mm. Restziehmittel Graphit.
Zusammenfasend kann behauptet werden, dass wenn das Restziehmittel bzw. das Beschichtungsmittel eine bestimmte Menge überschreiten, der Stromübergang in der Kontaktspitze nicht über einen metallischen Kontakt, sondern überwiegend über einen permanenten Mikrolichtbogen im Inneren der Kontaktspitze stattfindet. Dabei entsteht an der Drahtoberfläche eine richtige Mikroschweißnaht und es sind auch Spuren flüssigen Metalls in der Kontaktspitze zu finden (Bilder 8 und 9) Bild 8: Aufgeschnittene Kontaktspitze nach dem Schweißversuch mit Draht aus Bild 5 Bild 9: vergrößerte Darstellung aus Bild 8 In einigen Fällen, abhängig von der Beschaffenheit der Drahtoberfläche und der Menge der Beschichtung kann sich die Stromübertragung währen des Schweißprozesses mehrmals vom metallischen Kontakt zum Lichtbogen und zurück ändern.
Nach einer porentiefen Reinigung der Drähte (Draht aus Bilder 3 und 4 mit Ultraschall, Rest CH-Menge < 1 mg/m2), werden solche Mikroschweißnähte am Kontaktübergang nicht mehr beobachtet (Bilder 11 und 12). Bei einigen Drähten mit sehr guter Drahtoberfläche ist die Kontaktstelle optisch gar nicht mehr zu finden. Hier erfolgt der Stromübergang über den metallischen Kontakt. Bild 11: Typisches Aussehen einer Kontaktstelle (aus der Mitte der Kontaktspitze) nach einer Stromübertragung mit metallischem Kontakt Bild 12: Ausschnitt aus Bild 11
Allerdings wurden auch beim Schweißen solcher Drähte sporadisch hohe Vibrationen beobachtet und sogar Verschweißungen der Drähte in der Kontaktspitze festgestellt (Bild 15). Wie sich herausgestellt hat, entstanden diese Vibrationen an Stellen mit groben Oberflächendefekten (Bild 16). Die groben Defekte in der Drahtoberfläche führen zur Verringerung der Kontaktoberfläche des Drahtes in der Kontaktspitze und als Folge: Stromabfall; Eintauchen des Drahtes in die Schmelzwanne mit Spritzerbildung und entsprechenden Auschlägen in den Messkurven; Erhöhung der Spannung und Bildung eines Lichtbogens mit Metallschmelzung an der Kontaktstelle im Inneren der Kontaktspitze (Bilder 17-19).
Bild 17: Kontaktspitze mit dem innen verschweißten und aussen abgebrannten Draht. Gleicher Draht wie auf Bild 16. Bild 18: gleiche Kontaktspitze, der Draht wurde durch Drücken von der Rückseite aus der Spitze herausgedrückt Bild 19: bei einer Vergrößerung sind die eingedrückte Rille und die Stelle, wo der Lichtbogen entstanden ist gut sichbar. Ausserdem ist erkennbar, dass der Draht mit der Kontaktspitze nicht verschweißt war, sondern die große Menge des erstarrten Metalls den Draht in der Bohrung der Kontaktspitze blockiert hat.
Durch den Auftrag einer geringen (< 15 mg/m2) Menge an Gleitmittel WWF-U300, das auch bei hohen Temperaturen die Gleiteigenschaften nicht verlieren und gleichzeitig als Antiadhäsionsmittel das Haften verhindert, wurden die Vibrationen und der Förderwiderstand noch mal deutlich verringert (Bild 20). Bei den Langzeit Schweißversuchen wurden zwar noch sporadische Ausschläge in den Messkurven beobachtet, aber das Blockieren des Drahtes in der Kontaktspitze wurde vollständig eliminiert. F(N) S2 (m/min) S3 (m/min) Bild 20: Messkurven aus Schweißversuchen mit Schweißstrom von 300A eines kupferfreien Drahtes der mit Ultraschall porentief gereinigt und anschließend mit WWF-U300 (< 10 mg/m2) beschichtet wurde. Der Kontaktpunkt in der Kontaktspitze war optisch nicht festzustellen. σ S3 = 0,52 m/min
Beim Verschweißen der verkupferten Drähten waren die Vibrationen bzw. die Werte der Standardabweichungen der Drahtgeschwindigkeit σ S3 bei gleichen sehr geringen Förderwiderständen, immer höher, als bei den kupferfreien Drähten (vergleiche Bilder 21 und 22). Durch den Auftrag einer geringen Menge des Gleitmittels WWF-U300 wurde das Verschweißen in der Kontaktspitze verhindert, aber die starken Vibrationen waren immer noch vorhanden. verkupfert kupferfrei Bild 21: Oberfläche und Messkurven eines verkupfertendrahtes aus Schweißversuchen mit Schweißstrom von 350A. σ S3 = 2,22 m/min Bild 22: Oberfläche und Messkurven des kupferfreiendrahtes aus Schweißversuchen mit Schweißstrom von 350A. σ S3 = 1,20 m/min Angesichts der im Vergleich zum Stahl um das 25x besseren Leitfähigkeit des Kupfers und daher eines viel geringeren Spannungsabfalls in der Kontaktspitze, ist dieses Phänomen auf den ersten Blick unverständlich, zumal auch die Drahtoberfläche des verkupferten Drahtes unter Mikroskop weniger Defekte zeigt (Bilder 21 und 22).
Eine porentiefe Reinigung des verkupferten Drahtes mit Ultraschall bringt viele verborgene Drahtoberflächendefekte zum Vorschein (Bild 23) Bild 23 porentief gereinigt Die anschließende Schweißversuche haben gezeigt, dass trotz schlechterer Oberfläche und erhöhten Förderwiderstandes, die Vibrationen und entsprechend die Werte der Standardabweichungen der Drahtgeschwindigkeit σ S3 sich signifikant verringert haben (Bild 24). Noch mal zum Vergleich der Draht aus standard Produktion Kupferschicht Kontaktspitze Bild 24 Oberflächendefekt im Stahldraht
Schlussfolgerung: die Kupferschicht hat keine wirklich gleichmäßige metallische Verbindung mit der Drahtoberfläche Wahrscheinliches Szenario der Stromübertragung in der Kontaktspitze : am Kontaktpunkt in der Kontaktspitze schmilzt als erstes das Kupfer der Kupferschicht und haftet natürlich an der Wand des Kanals der Kontaktspitze (Kupfer an Kupfer). Allerdings wegen der relativ schnellen Bewegung des Drahtes nicht mehr an der heißen Stelle des Stromüberganges, sondern an einer kälteren in Richtung der Drahtbewegung und da bildet sich eine Metallablagerung die die Reibung kurzfristig erhöht und sich bei der Messung der Drahtgeschwindigkeit und beim Schweißer als Vibration bemerkbar macht. Dieses Szenario belegen die Bilder 25 und 26. Bild 25: geschmolzenes Kupfer auf der Drahtoberfläche aus der Kontaktspitze Bild 26: Kupferablagerungen in der Kontaktspitze (liegen ca. in 3 mm Tiefe)
Bei den Schweißrähtenführt eine porentiefe Reinigung wie z.b. mit Ultraschall (US) außer der drastischen Verringerung der Wasserstoffmenge zusätzlich zur: -einem sicheren metallischen Kontakt des Drahtes in der Kontaktspitze; - Verringerung des Spannungsabfalles in der Kontaktspitze und deren Erhitzung; -Verringerung der Vibrationen und Verbesserung der Schweißeigenschaften. Der Auftrag einer geringen Menge < 10 mg/m 2 der Beschichtung WWF-300, die ihre Gleiteigenschaften auch bei hohen Temperaturen behält, führt zur Verringerung der Vibrationen beim Schweißen und zur Vermeidung von Drahtstopps aufgrund von Mikroverschweißungen in der Kontaktspitze. Unsere Empfehlung für eine durchdachte Schweißdrahtproduktion: 1. Den Draht mit den am besten für die beste Drahtoberfläche geeigneten Ziehmitteln ziehen 2. Die Ziehmittelreste mit kombinierter Reinigung (mechanisch+ultraschall) porentief entfernen. 3. Zur Sicherheit noch eine geringe Menge < 10 mg/m 2 an WWF-300 auftragen. Vielen Dank!