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Schweißen Starke Technik für dicke Bleche

Redakteur: Dorothee Quitter

Das Unterpulverschweißen ist das Verfahren der Wahl, wenn es darum geht, besonders dicke Bleche mit hoher Perfektion zu verschweißen. Oerlikon liefert nicht nur die passenden Schweißgeräte, sondern auch das zur Aufgabe passende Schweißpulver.

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Per UP-Schweißen lassen sich bis zu 300 mm dicke Bleche problemlos fügen. Oerlikon bietet für solche Fälle Schweißgeräte mit fünf Elektroden an. Diese sorgen für einen raschen Schweißfortschritt.
Per UP-Schweißen lassen sich bis zu 300 mm dicke Bleche problemlos fügen. Oerlikon bietet für solche Fälle Schweißgeräte mit fünf Elektroden an. Diese sorgen für einen raschen Schweißfortschritt.
(Bild: Oerlikon)

Das Unterpulverschweißen ist ein höchst effektives Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der Lichtbogen zwischen einer vom Coil ablaufenden Elektrode und dem Werkstück brennt. Anders als beim händisch durchgeführten Elektrodenschweißen ist jedoch kein Lichtbogen zu sehen, da dieser durch eine dicke Schicht aus Schweißpulver abgedeckt wird. Das hat den großen Vorteil, dass keine UV-Lichtbelastung erfolgt, wodurch keine besondere Schutzkleidung oder gar ein Schweißhelm zu tragen ist. Es entstehen noch nicht einmal Rauche, die abgesaugt werden müssten. Dazu kommt, dass durch das besondere Herstellverfahren des Pulvers kein Wasser im Pulver vorhanden ist. Dies ist ein immenser Vorteil, da auf diese Weise einer Wasserstoffversprödung vorgebeugt wird.

Das Pulver unterscheidet sich nicht von der Mantelumhüllung, wie sie bei Schweißelektroden verwendet wird. In beiden Fällen hat das Material die Aufgabe, ein Schutzgas zu erzeugen, das die umgebende Luft von der Schmelze fernhält, was die Bildung einer Oxydschicht verhindert. Darüber hinaus erfolgt durch die Bestandteile des Schweißpulvers eine Legierung der Schmelze, sodass die Eigenschaften der entstehenden Naht verbessert werden.

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Schweißpulver auf Bleche abgestimmt

Die Zusammensetzung des Pulvers ist daher je nach Aufgabe unterschiedlich. Von Oerlikon, das übrigens ein Tochterunternehmen des französischen Konzerns Air Liquide ist, gibt es verschiedene Schweißpulvermischungen, die passgenau auf das Verschweißen ganz bestimmter Materialien abgestimmt sind. Die Herstellung des Schweißpulvers ist eine Wissenschaft für sich, die Oerlikon unter Verschluss hält. Zu erfahren ist, dass das Pulver hauptsächlich aus Magnesium- sowie Aluminiumoxid besteht, dem u. a. Flussspat hinzugemischt wird. In diesem Gemenge fungiert ein Silicat als Bindemittel, während die anderen Bestandteile für das Erzeugen einer schützenden Schlagge zuständig sind, beziehungsweise als Legierungsbestandteile die Eigenschaften der entstehenden Schweißnaht beeinflussen.

Die Produktion des Pulvers

In einer riesigen Halle werden täglich auf zwei komplett autarken Produktionslinien das für die UP-Schweißtechnik enorm wichtigen Pulver produziert. Die Zutaten werden von 14 m hohen Silos zugeführt und mit einer bestimmten Menge flüssigem Silicats vermischt, sodass eine feuchte Masse entsteht, die sehr an handfeuchten Beton erinnert. Diese wird auf einem Förderband in einen schräg rotierenden Bottich transportiert, wo aus der Masse durch die Rotation kleine Kügelchen geformt werden. Da diese durch die hohe Feuchte druckempfindlich sind und im weiteren Produktionsablauf ihre runde Form verlieren würden, kommen sie anschließend in einen meterlangen, gasbetriebenen Drehrohrofen, wo ihnen ein großer Teil des Wassers wieder entzogen wird.

Der Trick ist nun, nicht das komplette Wasser aus den unzähligen Kügelchen zu entfernen, sondern nur so viel, dass die Kügelchen im nachfolgenden Produktionsschritt ohne Gefahr des Zerspringens in ihre genaue Größe gepresst werden können. Danach geht es in einen weiteren Drehrohrofen, wo stufenweise das Restwasser bei Temperaturen bis zu 1000 °C aus den Kügelchen entfernt wird. Nach diesem Schritt erfolgt ein gesteuertes Abkühlen der Kügelchen, das wiederum in einem sich drehenden Behälter erfolgt, der auf der gesamten Länge fallende Temperaturen besitzt. Am Ende kullern nur mehr 30 °C warme Kügelchen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2 mm in einen großen Behälter, von dem sie in passende Gebinde abgefüllt werden.

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40 verschiedene Schweißpulver

Der gesamte Prozess ist einfach anzusehen, doch zeigt sich die Tücke im Detail, um die täglich vorgesehenen, riesigen Mengen an Schweißpulver in gleichbleibender Qualität zu produzieren. Kein Wunder, dass sich die Eisenberger nicht gerne in die Karten schauen lassen, was die Produktion ihrer rund 40 verschiedenen Sorten von Schweißpulver betrifft. Besonders stolz sind sie, dass die Anlage eine Verfügbarkeit von 97 % besitzt, diese seit sieben Jahren unfallfrei gefahren wird und die Produktion nahezu ohne Abfall vonstattengeht.

Hoher thermischer Wirkungsgrad

Durch die Pulverabdeckung der Schweißstelle ist ein hoher thermischer Wirkungsgrad gegeben, der eine extreme Abschmelzleistung nach sich zieht. Der Lichtbogen erreicht Temperaturen um 10.000 °C – weit mehr, als auf der Sonnenoberfläche vorzufinden ist. Dort beträgt die Temperatur gerade einmal 5500 °C. Der entscheidende Faktor, um mittels Lichtbogen festen Stahl in sehr kurzer Zeit zu Schmelzen, ist die Stromstärke. Daher wird zum Erzeugen des Lichtbogens lediglich eine Spannung von 30 V benötigt. Die durch den Schweißdraht geleiteten Ströme betragen hingegen zwischen 600 und 1200 A, was es möglich macht, in kürzester Zeit selbst bis zu 300 mm dicke Bleche miteinander zu verschweißen. Das ebenfalls schmelzende Elektrodenmaterial wird zügig nachgeführt und vermischt sich mit der Schmelze des Blechs.

Mehrdrahtschweißen für lange Fugen

Da gerade im Behälterbau durch die auftretenden Drücke besonders dicke Bleche verarbeitet werden, müssen zum Unterpulverschweißen die Schweißanlagen besonders akkurat sein. Oerlikon hat daher ein Baukastensystem entwickelt, das es erlaubt, bis zu fünf Elektroden an die Schweißstelle zu führen. Dieses sogenannte Mehrdrahtschweißen, bei dem jede Elektrode einen eigenen Lichtbogen besitzt, führt dazu, dass besonders lange Fugen durch viele abschmelzende Elektroden rasch gefüllt werden. Auf diese Weise ist die Schweißaufgabe in relativ kurzer Zeit abgeschlossen.

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Da in derartigen Anlagen durch die Verwendung von bis zu fünf Elektroden sehr große Ströme von insgesamt 6000 A fließen, müssen die Transformatoren entsprechend ausgelegt werden. Eine besondere Herausforderung bilden steigende Strompreise, die sich in den Kosten für die Schweißnähte niederschlagen. Die Technik muss also nicht nur entsprechend der starken Ströme dimensioniert sein, sondern auch noch mit der aufgenommenen großen Strommenge besonders effektiv umgehen. Hier hat Oerlikon bereits reagiert und das Invertermodell Starmatic 1200 i AC/DC entwickelt, das im Vergleich zum Vorgängermodell 20 % weniger Strom benötigt.

Passende Lösungen für neue Aufträge

Müssen Unternehmen zur Erledigung eines Auftrags Neuland betreten, so können sie auf die Erfahrung und das Know-how von Oerlikon setzen. Die Experten erarbeiten in ihren Labors die passende Lösung, um den Auftrag wirtschaftlich und technisch optimal abzuarbeiten. Die dabei entstehenden Verfahren werden zudem zertifiziert, sodass auch die haftungsrechtliche Seite geklärt ist. (qui)

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