Aufwärmen hilft! Vorgewärmte Komponenten sparen beim Schweißen dreifach

Anbieter zum Thema

Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH

AMADA GmbH

EWM GmbH

Thermacut GmbH

Das Technologie-Institut für Metall & Engineering (Time) arbeitet im Rahmen eines neuen Projekts daran, wie man beim MAG-Schweißen Zeit, Energie und Kosten sparen kann.

Bisher wird in der Schweißtechnik das Vorwärmen und auch die Wärmenachbehandlung vor allem dann als nötig angesehen, wenn die Schweißbarkeit eines Werkstücks nicht anders erreichbar ist, sagen die Time-Experten. Nun wollen sie aber im aktuellen Forschungsprojekt „Indu HAZ“ das Vorwärmen direkt mit dem MAG-Schweißen kombinieren. Dabei soll die in Summe eingebrachte Wärmemenge reduziert werden. Der Projektname leitet sich ab aus dem englischen Wort induction und der Abkürzung HAZ (Heat Affected Zone – deutsch: Wärmeeinflusszone). Im das zu erreichen, soll das bisher genutzte großflächige Erwärmen „mit der Flamme“ durch eine dem MAG-Schweißprozess direkt vorgelagertes, induktives und dabei nur lokales Vorwärmen ersetzen werden, wie die Forscher weiter ausführen.

Dossier digitale Blech- und Rohrbearbeitung

Digitalisierung V

Auch soll untersucht werden, ob die Schweißergebnisse beider Verfahren – separates, großflächiges Vorwärmen mit einer Acetylenflamme respektive die inline erfolgende Vorwärmung mit einem Induktor – quantitativ vergleichbar sind. Auch soll gegenübergestellt werden, welche Methode mehr Ressourcen spart.

Weniger Heißrisse beim MAG-Schweißen

Bei den Versuchen will man gezielt den Bereich der Wärmeeinflusszone beidseitig der Schweißnaht vorwärmen, ohne zusätzliche Energie in den Bereich der Schweißfuge oder des Grundwerkstoffs einzubringen. Das spare einiges an Energie und damit Kosten. Außerdem werde so die Gefahr verringert, durch einen übermäßigen Wärmeeintrag in der Schweißfuge Heißrisse im Werkstück zu riskieren. Wie die Time-Forscher betonen, belegen bereits Vorversuche, dass beim verwendeten MAG-Lichtbogenschweißen sich die aufzubringende Energiemenge des kombinierten Fügeprozesses aus Vorwärmung und Lichtbogenschweißen deutlich verringert. Außerdem würden für die Schweißtechnikanwender durch diese Innovation deutlich geringere Prozesszeiten und somit auch eine maßgebliche Kostenersparnis winken. In diesem Projekt verwendet Time übrigens einen angepassten Induktorkopf, der, gezielt und lokal abgegrenzt, eine ausreichende Vorwärmung des Werkstücks erreicht. Dieses Induktorsystem wird für die Versuche an einen 7-Achs-Roboterarm unmittelbar vor den MAG-Brenner montiert.

Deshalb ist das richtige t8/5-Zeitfenster wichtig

Bei den Schweißversuchen sollen hochfeste Stahlwerkstoffe untersucht werden, die es in der Praxis ermöglichen, auch dickwandige Bauteile ressourcenschonend mit geringeren Materialstärken zu schweißen. Dabei lege Time Wert auf die Einhaltung der sogenannten t8/5-Zeit. Das ist die Zeitspanne, die während der Abkühlphase beim Durchlaufen des Temperaturbereiches zwischen 800 und 500 °C vergeht und als kritischer Bereich gilt. Denn während eine zu langsame Abkühlung die Kaltzäheigenschaft beeinträchtigt, verursacht eine zu schnelle Abkühlung unter Umständen Risse im Material. Die t8/5-Zeit sollte, so die Empfehlung der Forscher, beim MAG-Schweißen von Feinkorn-Baustählen als grobe Faustformel zwischen 10 und 25 Sekunden liegen, um Kaltrissen zu vermeiden.

Es gilt, die Abkühlrate passend zu verzögern

Die Herausforderung bestehe nun darin, im entscheidenden Temperaturbereich (also 800 bis +500 °C) die Abkühlrate zu verlangsamen. In der Praxis ist dieser Temperaturbereich aber meist bereits durchlaufen, bevor eine Nacherwärmung durchgeführt werden kann. Aufgrund der neuen Kombination des Vorwärmprozesses mit dem Schweißprozess wird in der kritischen Wärmeeinflusszone gezielt induktiv Wärme eingebracht. Das verhindere das Abfließen der Schweißwärme genau so, dass nach dem Schweißen eine ausreichende t8/5-Zeit eingehalten werden kann – ohne darüber hinaus unnötig Energie in das Bauteil einzubringen, wie es abschließend heißt.

(Das anwendungsorientierte Forschungsvorhaben wird gefördert von der DBU, der Deutschen Bundesstiftung Umwelt).

Beratung

Wie mittelständische Unternehmen Schweißprozesse automatisieren können

(ID:50430083)