Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung füllstoffoptimierter Doppelmantel-Fülldrähte zum nassen UW-Schweißen

Schweißarbeiten unterhalb der Wasserlinie werden in der Regel durch nasses Lichtbogenhandschweißen realisiert. Durch die begrenzte Länge der hier eingesetzten Stabelektroden sind mit diesem Verfahren nur relativ kurze Strecken effizient schweißbar. Lange Schweißnähte ziehen viele Ansatzstellen und daraus folgend eine hohe Fehlerdichte nach sich. Außerdem folgen aus dem häufigen Elektrodenwechsel lange Tauchzeiten. Die ausführenden Tauchbetriebe sind ebenso wie die betroffenen Planungsbüros in Deutschland nahezu vollständig den KMU zuzuordnen. Reparaturen an langen Rissen können durch die Tauchbetriebe aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen im Offshore-Bereich kaum angeboten werden. Außerdem sind die Kosten durch die langen Tauchzeiten sehr hoch.

Als attraktives Alternativverfahren zum Lichtbogenhandschweißen gilt darum das nasse Unterwasser-Fülldrahtschweißen mit schlackebildendem Fülldraht. Trotz der hohen Attraktivität eines solchen Verfahrens, ist bis zum heutigen Tag kein Fülldraht für den Unterwassereinsatz in Deutschland zugelassen oder im freien Handel verfügbar.

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, die Grundlagen zur Entwicklung eines tiefenoptimierten Doppelmantelfülldrahts für das nasse Schweißen unter Wasser zu schaffen. Dabei soll die innere Drahtkammer Mikrolegierungselemente enthalten, um zum einen dem wassertiefenabhängigen Legierungsabbrand entgegenzuwirken und zum anderen eine Optimierung der mechanischen Kennwerte der Schweißverbindung zu erreichen. Die äußere Drahtkammer enthält die schlacke- und schutzgasbildenden Zusätze. Es wird ein Zieldurchmesser von 1,6 mm angestrebt, um einen guten Kompromiss aus Spulbarkeit des Falzdrahtes und ausreichenden Pulvermengen zu gewährleisten. Ein solcher Draht ermöglicht kürzere Tauchzeiten, besser planbare Schweißfolgen, weniger Fugarbeiten und eine höhere Qualität der Schweißnähte. Es profitieren sowohl die Tauchbetriebe als auch die Planungsbüros des Binnen- und Offshoremarktes.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurde die Produktionstechnologie von Doppelmantel-Fülldrähten für das nassen UW-Schweißen von der Füllpulveraufbereitung bis zum Drahtziehverfahren auf den erforderlichen Durchmesser von 1,6 mm verbessert. Bei der Entwicklung der Drähte und der Ausarbeitung des Herstellungsverfahrens wurde die granulometrische Zusammensetzung der zur Herstellung von Doppelmantel-Fülldraht verwendeten Pulvermischungen analysiert und wissenschaftlich untersucht. Die Ermittlung der optimalen Zusammensetzungen erfolgte durch den Einsatz der statistischen Versuchsplanung und der mathematischen Analyse dieser Ergebnisse. Um subjektive Einflüsse auszuschließen, wurden bei der Bewertung von Doppelmantel-Fülldrähten mit unterschiedlichen Versuchszusammensetzungen alle Kriterien quantitativ festgelegt. Unter Berücksichtigung der Werte Schweißnahtporosität, Schweißprozessstabilität, Schweißnahtform und Trennbarkeit der Schlacke wurden die optimalen Zusammensetzungen der Doppelmantel-Fülldrähte ermittelt. Um eine Umsetzung in die Praxis voranzutreiben, wurde die sichere Anwendbarkeit des halbautomatischen Schweißens im Unterwasserbereich geprüft. Die Doppelmantel-Fülldrähte mit füllstoffoptimierten Zusammensetzungen wurden erfolgreich mit Taucheunternehmen im Becken des UWTH (Unterwassertechnikum des Instituts für Werkstoffkunde, Hannover) erprobt. Das Resultat sind von Tauchern einfach und sicher anzuwendende füllstoffoptimierter Doppelmantel-Fülldrähte. Die Zusammensetzungen dieser Drähte können als Ausgangspunkt für die Entwicklung von Fülldrähten für das nassen UW-Schweißen von Stählen mit erhöhten Legierungselementen sowie für die Entwicklung von Drähten zur Steigerung der Effizienz des Schweißprozesses verwendet werden in großen Wassertiefen direkt in die Praxis übertragen werden.