Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steuerung des Wärmeeintrages beim MSG-Dickdrahtschweißen am Beispiel von Feinkornbaustählen

Innerhalb des beantragten Projektes wird das Verfahren des MSG-Dickdrahtschweißens (Durchmesser des Drahtzusatzwerkstoffs ca. 4 mm) als effizientes Verfahren für die Verarbeitung temperatursensibler Stahlwerkstoffe qualifiziert.

Hierfür muss der Wärmeeintrag des Hochleistungs-MSG-Prozesses gezielt geregelt werden können. Dies wird systematisch und wissenschaftlich an folgenden Verfahrensmodifikationen untersucht:

- Zuführung von Kalt- oder Heißdraht

- Verwendung von Fülldrähten

- Impulsschweißen

- Schweißen mit Wechselstrom

- Verfahrenskombinationen wie z.B. Impuls mit Kaltdraht

Neben thermomechanischen Werkstoffsimulationen und Schweißprozesssimulationen dienen metallographische Analysen, mechanische Prüfungen sowie kalorimetrische Untersuchungen als Bewertungsgrundlage.

Abschließend wird das Potential des Industrietransfers des MSG-Dickdrahtschweißens an Demonstratorbauteilen sowie einer Verfahrensprüfung nachgewiesen. Damit wird die Anwendbarkeit sowie Verfahrensgrenzen für den Anwender, insbesondere KMU, dargestellt.

Das Projekt zielt auf die Entwicklung einer Verfahrensvariation, die eine Minimierung des Energieeintrages bei gleichzeitiger Steigerung der Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit erreicht, um eine prozesssichere schweißtechnische Verarbeitung von Feinkornbaustählen sicherzustellen.

Dies verspricht eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit sowohl gegenüber dem konventionellen MSG-Schweißen als auch dem UP-Schweißen. Mögliche Anwendungen existieren im Stahl- und Brückenbau, dem Rohrleitungsbau sowie dem Kran- und Schiffsbau. Die Projektergebnisse sollen in die Normungsarbeit einfließen.

Bei erfolgreichem Projektabschluss kann mit einer erheblichen Verbesserung der Nutzbarkeit und Akzeptanz von hochfesten Werkstoffen in der schweißtechnischen Fertigung gerechnet werden. Besonders für KMU lohnt sich die Anschaffung und Nutzung von Anlagentechnik, welche hochfeste Feinkornbaustähle wirtschaftlich und mit geringen Fehlerraten fügen kann.

Ergebniszusammenfassung:

Das MSG-Dickdrahtschweißen eignet sich aufgrund der hohen erreichbaren Abschmelzleistungen bis zu 45 kg/h (mit Verfahrensmodifikation) und Einschweißtiefen >10 mm besonders für Verbindungsschweißungen im Dickblechbereich. Mit dem MSG-Dickdrahtschweißverfahren wurden Verbindungsschweißungen eines hoch- festen Feinkornbaustahls (S690Q) in Lage-Gegenlage-Technik prozesssicher bis zu einer Blechdicke von 20 mm realisiert. Dabei konnten die kritischen Grenzbereiche der Abkühlzeiten eingehalten werden ( t8/5 ~ 10s) und die Anforderungen einer Schweißnaht an hochfesten Feinkornbaustählen in Bezug auf die mechanisch- technologischen Gütewerte des Grundwerkstoffes erhalten werden. Mithilfe von Verfahrensmodifikationen waren zudem deutlich verminderte Abkühlzeiten t8/5 realisierbar:

- Einsatz von Fülldraht -35%

- erhöhter Kontaktrohrabstand -25%

- Kaltdrahtzuführung -10%

Dies ermöglichte neben der direkten Steuerung des Energie- bzw. Wärmeeintrages in den Grundwerkstoff eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch eine Steigerung der Abschmelzleistung beim MSG-Dickdrahtschweißen (ca. +30% bei Erhöhung des Kontaktrohrabstandes um 30mm, ca. +60% durch Kaltdrahtzuführung).

Besonders die Bearbeitung von hochfesten Feinkornbaustählen ermöglicht den Einsatz des MSG-Dickdraht- schweißens mit seinen Verfahrensanpassungen in der metallverarbeitenden Industrie mit Anwendungen im Stahl- und Brückenbau, Rohrleitungsbau, Kran- und Schiffbau. Dies hat zur Folge, dass vor allem KMU's die Erschließung des wachsenden Marktes der Verarbeitung von hochfesten Feinkornbaustählen erleichtert wird. Mit dem MSG-Dickdrahtschweißverfahren können im Vergleich zum UP-Schweißen Kosten um 40% und Zeiten um 30% gesenkt werden, der anlagentechnische Aufwand ist begrenzt und das vorhandene Know-how der KMU's im Bereich der MSG-Schweißtechnik kann auf den Hochleistungsschweißprozess direkt übertragen werden.