Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erarbeiten von grundlegenden Prozesserkenntnissen zur Verarbeitung von Drähten mit geringem Durchmesser (<= 0,6 mm) mit dem MSG-Verfahren

Der Schwerpunkt des Vorhabens liegt in der Analyse des Lichtbogen- und Prozessverhaltens für reduzierte Drahtelektrodendurchmesser (≤ 0,6 mm) beim MSG-Schweißen. In vielerlei Anwendungen, wo dünne Bleche (weit unterhalb 1 mm) gefügt werden müssen (weiße Ware, Medizintechnik, Isolation), stößt das MSG-Schweißen an die verfahrenstechnischen Grenzen, da die Schmelzbadvolumina und der Wärmeeintrag zu hoch sind. Die Folgen sind ein hoher Verzug und die Begrenzung der minimalen schweißbaren Blechdicke. Derartige Anwendungsfelder sind heutzutage dem Laserstrahl überlassen, auch wenn gerade aufgrund der niedrigen Kosten und guten Handhabung das MSG-Verfahren im Werkstattbereich von kmU bevorzugt wird. Dem verfolgten Ansatz liegt zu Grunde, dass durch die Reduzierung des Drahtelektrodendurchmessers sowohl die Stromstärke als auch das zugeführte Volumen reduziert werden können. Somit erfolgt zum einen ein geringer Wärmeeintrag in das Bauteil und zum anderen können kleinere Schmelzbadvolumina realisiert werden, die in einem geringeren Verzug resultieren oder für das Herstellen schmaler Nähte geeignet sind.

Für kmU liegen derzeit keine systematischen und fundierten Untersuchungen zum Verhalten des Lichtbogens, zum Tropfenübergang und somit zur Umsetzbarkeit von Drahtelektroden ≤ 0,6 mm vor. Diese Erkenntnisse sind jedoch die Grundlage, um diese Technologie über die gesamte Herstellungskette vom Drahthersteller, über Schweißstromquellenhersteller bis hin zu den Endanwendern umzusetzen. Gelingt es an dieser Stelle, die Tropfengröße und den Tropfenübergang bei Stromstärken unterhalb 50A stabil auch für Drahtdurchmesser bis 0,2 mm zu gestalten, dann können gerade Anwendungen im Übergangsbereich Lichtbogen/Laserstrahl kostengünstig und ggf. mit vorhandener Anlagentechnik bedient werden. Somit können deutsche kmU einen technologischen und preislichen Vorsprung erwirken und ihre Wettbewerbsfähigkeit halten.

Ergebniszusammenfassung:

Das abgeschlossene Forschungsvorhaben adressierte die Erarbeitung von grundlegenden Prozesserkenntnissen zur Verarbeitung von Drähten mit geringem Durchmesser mit dem MSG-Verfahren. Dabei konnte die Eignung von Drähten mit einem Durchmesser bis 0,4 mm für einen automatisierten MSG-Prozess nachgewiesen werden.

Die wesentlichen Ergebnisse aus dem Vorhaben beinhalten die Analyse und konstruktive Anpassung von Drahtführung und –kontaktierung beim Einsatz von Mikrodraht. Darüber hinaus erfolgten wissenschaftliche Untersuchungen zum Lichtbogenverhalten, dem Werkstoffübergang sowie zu Skalierungseffekten hinsichtlich der resultierenden Schweißregime. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde eine modellhafte Prozessbeschreibung des Mikro-MSG Verfahrens sowohl für den kurzschlussfreien als auch -behafteten Werkstoffübergang erarbeitet. Dies ermöglicht den Anwender des Verfahrens die gezielte Einstellung von Schweißregimen mit bekanntem Lichtbogenverhalten. Im weiteren Verlauf erfolgte die Analyse von Wärmeeintrag, Abkühlgeschwindigkeiten und Verzug sowie die Darstellung metallurgischer Effekte bei der schweißtechnischen Verarbeitung von Feinblech. Diese Erkenntnisse wurden auf Feinblechschweißungen mit variierter Stoßgeometrie übertragen und somit Blechstärken <= 2mm prozesssicher gefügt.

So profitieren Anwender und insbesondere kmU von einer wissenschaftlich fundierten Erweiterung des Einsatzbereichs eines etablierten und kostengünstigen Lichtbogenschweißverfahrens. Dies betrifft insbesondere Endanwender für die schweißtechnische Verarbeitung von Feinblechen, sowie Entwickler und Hersteller von Zusatzwerkstoffen und Schweißgerätetechnik. Die Erkenntnisse tragen wesentlich dazu bei, optimierte Lösungen im Übergangsbereich der Anwendungen Laser/Lichtbogen im Sinne deutscher kmU zu etablieren und gegenüber der internationalen Konkurrenz abzugrenzen. Somit resultiert ein direkt quantifizierbarer, wirtschaftlicher Nutzen für kmU.