Untersuchungen zum Schweißen mit Metallpulver

Untersuchungen zum Schweißen mit
Metallpulver-Fülldraht am Rohr
10.2015 Dr.-Ing. Birger Jaeschke
Inhalt des Vortrages
• Motivation
• Mess- und Versuchsaufbau
• Methodik der Datenauswertung
• Erste Ergebnisse
Motivation
Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
C % Si % Mn % Mo % Ni % Pol.
Böhler
NiMo 1-IG
0.08 0.6
1.8
Oerlikon
Fluxofil M 10 PG
0.04 0.8
1.8
KLB
0.3
0.9
Re MPa
= [+] M21 >550
KLB
= [-]
SLB
= [+]
KLB
KLB
= [-]
KLB
Technischer Nullspalt
Gas
M21 >460
Erste Erkenntnisse
Wurzel : NiMo1 [+], Fluxofil[+], Fluxofil[-]
Kurzlichtbogen ist mögliche Wahl
Es sind energetische Unterschiede spürbar
Wir müssen genau hinschauen
Am Rohr
PPS-Pipelinsystems
98693 Ilmenau
Am Vogelherd 42
D 1220mm
t 19mm
L485MB
Versuchseinrichtung
Versuchseinrichtung
Oerlikon BCW30
Stickout ca. 12mm
M21, ca. 18L/min
Kantenvorbereitung:
- Tulpe (U), ca. 6mm Stegbreite
- Stumpfstoß, Steghöhe 1-(..3)mm
- Ca. 10 Grad Nahtöffnungswinkel
- Wandstärke 19 mm
Material: L485MB abgewertet
Feinparameterisierung
Stromquelle Lorch S-3 mobil
Schweißen
Risiko des Ingenieurs
Datenaufnahme u(t), i(t)
Oszilloskop LeCroy Waverunner 64Xi, 2x250Ks/s (4µs), 20s, 12 Bit, ca. 100 Mbyte
u(t): Passiver Tiefpass 1. Ordnung, Tau=50µs + Differential Probe LeCroy ADP305
i(t): Verstärker TektronikTCPA400 + Stromsensor TektronikTCP404XL 500A, 2MHz
Datenverarbeitung u(t), i(t)
Batch-Datenvorverarbeitung:
- Datenzusammenführung
- Impedanzkompensation
- Filterung und Komprimierung
Datenauswertung und Dokumentation:
- Algorithmische Datenverarbeitung
- Datendarstellung (Kennwerte,
Diagramme)
Datenbasis u(t), i(t)
Böhler NiMo1-IG = [+]
+ weitere Messungen
Oerlikon Fluxofil M10 PG = [-]
Dichte-Verteilungen, Trigger, Mittelwerte
U_avr
U_trig
R_hks
u(t), i(t), r(t)
Dauer von LB und KS
Vergleiche h[u(n)]
NiMo 1-IG = [+]
= [+]
Fluxofil M 10 PG
=[-]
Vergleiche LB-Feldspannungen h[u_F(n)]
NiMo 1-IG = [+]
= [+]
Fluxofil M 10 PG
=[-]
Vergleiche h[r(n)]
NiMo 1-IG = [+]
= [+]
Fluxofil M 10 PG
=[-]
Übersichten
Erkenntnisse von Schweißungen PA
NiMo 1 = [+]
Fluxofil = [+]
Fluxofil = [ - ]
U_avr [V]
18,14
16,14
13,78
I_avr [A]
162,8
193,6
199,6
P_in [W]
2885
3005
2581
R_draht [Ohm]
0,024
0,019
0,019
U_F_LB [V]
17,55
14,68
12,8
KS/LB-Freq, [Hz]
66
64
134
vT_LB
0.81
0.84
0.79
P_I^2R [W], [%]
683 ; 23
764 ; 25
889 ; 34
P_IULB [W], [%]
2202 ; 77
2241 ; 75
1691 ; 66
subjektiv
*
**
***
Schweißen 180°
Schweißen 180°
Reaktionen auf unterschiedliche
Richtung der Erdanziehungskraft:
- KS/LB-Freq
- vT_LB
- I^2R
- P_IULB
1‘
2‘
3‘
4‘
5‘
Dynamik-Verstellung
Dyn. -15
Dyn. 0
Dyn. +15
Vergleiche in
PA
Dynamik-Verstellung
Dyn. -15
Dyn. 0
Dyn. +15
Dynamik-Verstellung
Dyn. -15
Dyn. 0
Dyn. +15
Dynamik-Verstellung
Dyn. -15
Fluxofil = [+]
Dyn. 0
Dyn. +15
U_avr [V]
16,69
16,13
15,9
I_avr [A]
197,8
193,4
194,7
P_in [W]
3217
2998
2941
R_draht [Ohm]
0,019
0,019
0,02
U_F_LB [V]
14,88
14,62
14,54
KS/LB-Freq, [Hz]
43
64
79
vT_LB
0,87
0,84
0,82
I^2R [W], [%]
768 ; 24
749 ; 25
833 ; 28
P_IULB [W], [%]
2449 ; 76
2249 ; 75
2108 ; 72
subjektiv
weicher
<--->
härter
Wurzeln
Dyn. -15
PA
Fluxofil = [+]
Dyn. 0
PA
Fluxofil = [+]
Dyn. +15
PA
Fluxofil = [+]
Fazit der Messauswertung
• Der Metallpulverfülldraht hat einen geringeren ohmschen Widerstand als der
Massivdraht (kalt und heiß)
• Die physikalische Lichtbogenbrennspannung sinkt in Abhängigkeit von den
verwendeten Drähten/Polaritäten in der Reihenfolge: NiMo1 [+]  Fluxofil
[+]  Fluxofil [-]
• Hauptsächlich der Polaritätswechsel führt zu einer Veränderung der
Leistungsbilanz
• Fluxofil [+] / [-] zeigt deutliche Unterschiede (in der Naht)
• Die Kurzschlussfrequenz stellt sich bei Fluxofil [-] deutlich höher ein
• Die Prozesseigenschaften ändern sich positionsabhängig
• Die Prozesseigenschaften lassen sich durch geänderte Prozessführung über
die Stromquelle gegensteuern ( „Dynamik“)
• Eine vorteilhafte Optimierung der Prozessregelungsparameter der
Stromquelle auf M/D/G/Pol. ist sinnvoll (physikalisch begründbar)
War das schon alles?
Vergleiche
NiMo 1 = [+]
Fluxofil = [ - ]
HG-Videoaufnahmen
Aufnahme Thermoprofil
Untersuchungen i.B.
Untersuchungen zum Schweißen mit MetallpulverFülldraht am Rohr
• der untersuchte Metallpulverfülldraht Oerlikon Fluxofil M10 PG zeigt
Potenzial in [-], die Schweißzeiten zu senken
• die Schweißstromquelle kann dies mit angepasster Prozessführung,
Parameterisierung und Funktionalität unterstützen
• Wichtig: angepasstes Gesamt-Set-Up
• weitere schweißprozesstechnische Untersuchungen und Optimierungen
sind noch erforderlich