Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden
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Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden
Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden Gebrauchseigenschaften Erfüllung der Kundenerwartung hinsichtlich Werkstoffeigenschaften des Schweißgutes Verarbeitungseigenschaften (Schweißeigenschaften) Macro section Eigenschaftsdefinition für Schweißzusätze Stromquelle Stromquelle konventionell ↔ MAG-Puls MAG-geschweißte Verbindung Drahtelektrode hochlegiert Drahtelektrode Massivdraht ↔ Fülldraht Typ M oder R/P Schutzgas Schutzgas konventionelle ↔ spezielle Gasmischungen Prozessbedingte „Bauelemente“ für eine MAG-geschweißte Verbindung 1. Gasdüse 2. Kontaktdüse 3. Schutzgas 4. Drahtmantel 5. Drahtfüllung 6. Freies Drahtende 15 - 25 mm 7. Tropfentransport im Lichtbogen 8. Schmelzbad, Metall und Schlacke 9. Aufsteigende Schlacke 10. Erstarrtes Schweißgut 11. Erstarrte Schlacke 12. Schweißraupe Pulverfüllung ermöglicht beeinflußt • Desoxydation des Schweißgutes • Schweißeigenschaften • Bildung von Schlacke • Abschmelzleistung • Stabilisierung des Lichtbogens • Positionseignung • Zufuhr von z.B. Metallpulver • Mechanische Gütewerte Verfahrensprinzip Fülldrahtquerschnitt überlappt, Drahtdurchmesser Ø 1,2 mm (10fach vergrößert) agglomeriertes Füllpulver (50fach vergrößert) Fülldrahtfüllung (Schlackeführend) Ü Abschmelzleistung Ü Parameterfenster Ü Zwangslagenschweißung Ü Anwendungsbeispiele Verarbeitungseigenschaften von Fülldrähten und deren Einfluss auf die Produktivität im Vergleich mit Massivdrähten Die Abschmelzleistung ausgedrückt in: Masse eingebrachtes Schweißgut pro Zeiteinheit wird in der Regel wie folgt dargestellt: Variante 1: Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit Variante 2: Abschmelzleistung bezogen auf die Schweißstromstärke Abschmelzleistung In der Darstellung: Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit haben schlackebildende Fülldrähte gegenüber dem Massivdraht niedrigere Werte Die aus mehreren Pulverkomponenten bestehende Füllung der Fülldrähte ist porös , d.h. eben nicht massiv und beinhaltet je nach Fülldrahttyp auch noch schlackebildende Anteile. Diese tragen zum abgeschmolzenen Schweißgut und damit zur Abschmelzleistung nichts bei. Abschmelzleistung bezogen auf den Drahtvorschub Abschmelzleistung kg/h 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 • • • • 5 10 15 Drahtvorschubgeschwindigkeit m/min • Massivdraht G 19 12 3 L Si Metallpulver T 19 12 3 L MM1 Rutil T 19 12 2 L R M 3 Ø 1,2 mm Ø 1,2 mm Ø 1,2 mm m = 8,44 g/m m = 8,24 g/m m = 6,68 g/m Abschmelzleistung bezogen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit 20 In der Darstellung: Abschmelzleistung bezogen auf die Schweißstromstärke haben schlackebildende Fülldrähte gegenüber dem Massivdraht deutlich höhere Werte Dieser Unterschied ergibt sich aus der systematisch höheren Stromdichte bezogen auf den stromführenden Drahtquerschnitt des Fülldrahtes gegenüber dem Massivdraht. Dadurch erbringen Fülldrähte eine bestimmte Abschmelzleistung bei systematisch geringerer aufgewendeter Energie im Vergleich zu den Massivdrähten. Abschmelzleistung bezogen auf die Stromstärke Theoretische Abschmelzleistung, d.h. bei 100 % ED [kg/h] 9 Schweißposition: waagrecht (PA) 8 Fülldraht R Ø 1,6 mm 7 Massivdraht Ø 1,0 mm 6 Fülldraht R Ø 1,2 mm 5 4 3 2 1 Fülldraht R Ø 0,9 mm * 100 ♦ * ♦ Fülldraht M Ø 1,2 mm ♦ Massivdraht Ø 1,2 mm 300 Ø 0,9 mm Argon + 18 % CO2 Kontaktrohrabstand 15 mm Ø 1,2/1,6 mm Argon + 18 % CO2 Kontaktrohrabstand 20 mm Massivdraht Argon + 2,5 % CO2 Kontaktrohrabstand 12 mm 5 mm 4 mm Stabelektrode 200 Fülldraht 400 Stromstärke [A] Vergleich der Abschmelzleistung von Stabelektroden, Massivdraht- und Fülldrahtelektroden hochlegiert Querschnittsfläche ∅ 1,0 mm ∅ 1,2 mm ∅ 1,2 mm = = = 0,79 mm2 1,13 mm2 0,74 mm2 Massivdraht ∅ 1,0 mm Massivdraht ∅ 1,2 mm Fülldraht ∅ 1,2 mm 200 A 250 A 200 A 250 A 200 A 250 A = = = = = = = = max. 250 A max. 280 A Massivdraht Fülldraht Stromdichte 254 A/mm2 318 A/mm2 177 A/mm2 221 A/mm2 270 A/mm2 338 A/mm2 Strombelastbarkeit Massivdraht Fülldraht ∅ 1,0 mm ∅ 1,2 mm Vergleich der Stromdichte Massivdraht - Fülldraht Fülldraht Ø 1,2 mm M21 Massivdraht Ø 1,2 mm M12 Fülldrähte haben im Vergleich zu Massivdraht einen breiteren Lichtbogen, der Einbrand wird verbessert und die Gefahr der Flankenbindefehler minimiert Einbrandverhalten: Fülldraht - Massivdraht Eine für die Anwendungspraxis gut brauchbare Darstellung des Arbeitsbereiches für Fülldrähte ist das Parameterfenster Innerhalb des Fensters führen alle auf einer Standardstromquelle gewählten Einstellparameter (Spannung, Drahtvorschub und daraus resultierend Schweißstromstärke) zu einem ruhigen, spritzerarmen und kurzschlußfreien Werkstoffübergang. Parameterfenster 40 Spannung [V] 38 36 34 32 30 28 26 24 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Stromstärke [A] Drahtdurchmesser 1.2 mm, Schutzgas M21, Kontaktrohrabstand: 20 mm Parameterfenster Böhler NIBAS 70/20-FD (TypNi 6082 NiCr20Mn3Nb nach DIN EN ISO 14172/18274) Spannung (V) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 SLB Massivdraht 1,2 mm; M12 G 19 12 3 L Si Fülldraht 1,2 mm; M21 T 19 12 3 L RM 3 SLB Massivdraht 1,0 mm; M12 G 19 12 3 L Si 100 150 200 250 300 Stromstärke (A) Parameterfenster: schlackeführender Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdrähte 12 mm Spannung (V) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 Gültig für alle Standardaustenittypen Fülldraht 0,9 mm Fülldraht ∅ 1,6 mm Fülldraht ∅ 1,2 mm 80 180 280 Stromstärke (A) 380 Schutzgas: M21, Kontaktrohrabstand: 12 mm (∅ 0,9 mm), 20 mm (∅ 1,6 mm) Parameterfenster schlackeführender Fülldrahtelektroden Spannung [V] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 G 13 4, 1,2 mm; M21 (Ar + 10 % CO2) 0 T 13 4 MM2 1,2 mm; M12 (Ar + 2,5 % CO2) 5 10 15 20 Draht [m/min] Parameterfenster: Metallpulver-Fülldraht - Massivdraht Kontaktrohrabstand: Fülldraht 20 mm - Massivdraht 18 mm Eigenschaften der PW-Fülldrahtelektroden Gute Stützwirkung durch schnell erstarrende Rutilschlacke des P-Types, dadurch bedingt die Möglichkeit der Verwendung höherer Stromstärken In allen Positionen verschweißbar - Vorsicht bei Fallnaht Schlackeneinschluß 70 - 80 % höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich keine Impulsstromquelle notwendig Feintropfiger, spritzerarmer, intensiver Sprühlichtbogen Flache, gut benetzte Nahtausbildung Gute mechanische Gütewerte - Kerbschlagwerte höher als beim R-Typ Eine Parametereinstellung für alle Positionen (z.B.160 A/25 V/8,5 m/min.) Fülldrahtelektroden für die Zwangslagenschweißung Schlackenerstarrung vollständig erfolgt „lange“ Schlacke „kurze“ Schlacke Viskosität [mPa*s] 100000 10000 T 19 12 3 LPM 1 1000 T 19 12 3 LRM 3 100 10 1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 Schlackenerstarrungsbeginn Schlackenerstarrungsbeginn Schlackentemperatur [°C] Viskositätsverhalten von Fülldrahtschlacken Fülldraht [cm] T 19 12 3 L PM 1 30 EAS 4 PW-FD 25 20 15 Ø 1,2 mm M 21 Fülldraht Massivdraht Stabelektrode nicht gepulst G 19 12 3 L Si [cm] E 19 12 3 L R 32 EAS 4 M-IG (Si) 30 FOX EAS 4 M-A Ø 1,0 mm Ø 3,2 mm [cm] M 12 25 30 25 20 20 15 15 10 10 10 5 0 5 0 I: 180 A U: 27,5 V VD = 8,3 m/min VS 220 mm/min Massivdraht gepulst I: 100 A U: 20 V VD = 5,5 m/min VS 145 mm/min Stabelektrode 5 0 I: 90 A U: 26 V VS 75 mm/min Erzielbare Nahtlängen in 1 Minute Schweißzeit a-Maß = 6, Position PF (3F) Fülldraht Böhler EAS 4 PW-FD Ø 1,2 mm 25 V, 8,2 m/min, 155 A Schutzgas M21 Sprühlichtbogen Nahtbild = flach Massivdraht Böhler EAS 4 M-IG Si Ø 1,0 mm 25 V, 6,4 m/min, 115 A Schutzgas M12 Impulslichtbogen Nahtbild = überwölbt 25 V, 8,2 m/min, 155 A Schutzgas M21 Sprühlichtbogen Nahtbild = flach 25 V, 5,0 m/min, 100 A Schutzgas M12 Impulslichtbogen Nahtbild = flach Nahtprofile: Fülldraht - Massivdraht Kehlnähte in senkrecht steigender Position (PF) Kerbschlagzähigkeit: Schweißverbindung Fülldraht - Massivdraht - Stabelektrode Kerbschlagzähigkeit artgleicherSchweißverbindungen aus Duplexstahl 1.4462: normaler (S) und PW-Fülldraht Schlackeführende Fülldrahtelektroden M21 nach DIN EN 439: 5 - 25 % CO2 + Rest Ar Standard Ar + 18 % CO2 C1 nach DIN EN 439: 100 % CO2 Ni-Basis Fülldrahtelektroden grundsätzlich M21 Metallpulver - Fülldrahtelektroden Im Prinzip wie Massivdrahtelektroden: M12 nach DIN EN 439: 0 - 5 % CO2 + Rest Ar Standard Ar + 2,5 % CO2 Ni-Basis Fülldrahtelektroden: I1 Reinargon oder I3 Ar + He Gemische oder Ar + He + geringe aktive Bestandteile z.B. 0,05 - 2 % CO2 Schutzgase für hochlegierte Fülldrahtelektroden Vollständige Umhüllung des Tropfens mit Rutilschlacke Teilweise abgelöste Schlacke Tropfenübergang bei schlackeführenden Rutil-Fülldrähten Fülldraht Ø 1,2 mm T 19 12 3 L R M 3 Schutzgas M21 Massivdraht Ø 1,2 mm G 19 12 3 L Si Schutzgas M12 Vergleich Nahtoberfläche Rutil-Fülldraht - Massivdraht Kerbschlagarbeit [J] 80 75 70 0 Ar + 3 65 % C % 1 + He O2 CO 2 % 5 , Ar + 2 60 55 50 AW 45 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 Temperatur [C°] WBH: 580°C/8h/Ofen bis 300°C/Luft AW: im geschweißten Zustand Kerbschlagzähigkeit in Abhängigkeit vom Schutzgas (reines SG) Böhler CN 13/4-MC Ø 1,2 mm, Position PA Beschreibung der Füllung DIN EN 12073 Symbol für eine Fülldrahtelektrode Kennzeichen Eigenschaften Kennzeichnet die Legierungszusammensetzung des reinen Schweißgutes CrNiMo) R Rutil, langsam erstarrende Schlacke Symbol für die Füllung (nachstehende Tabelle) P Rutil, schnell erstarrende Schlacke M U Z Metallpulverfüllung Symbol für das zu verwendende Schutzgas M = Mischgas C = 100 % CO2 Symbol für die empfohlene Schweißposition (nachstehende Tabelle) T 19 12 3 L R M (C) 3 ohne Schutzgas andere Typen Kennziffern für Schweißpositionen AWS A 5.22 Symbol für eine Schweißelektrode Kennzeichnung der Legierungszusammensetzung des reinen Schweißgutes 1 2 alle Positionen Symbol für eine Fülldrahtelektrode 3 Symbol für die empfohlene Schweißposition 0 = waagrecht und horizontal 1 = alle Pos. Stumpfnaht in Wannenposition, Kehlnaht in Wannen- und Horizontalpos. 4 Stumpfnaht in Wannenposition, Kehlnaht in Wannenposition 5 Fallnahtposition und Positionen wie Kennziffer 3 Symbol für das zu verwendende Schutzgas 4 = Mischgas Argon /CO2 1= 100 % CO2 3 = selbstschützend 5 = 100 % Argon E 316 LT0-4(1) alle Positionen, außer Fallnaht Normeinstufung nach DIN EN 12073 und AWS A 5.22 Für waagrechte und horizontale Schweißpositionen Markenname Einstufung nach EN 12073 Einstufung nach AWS A 5.22 Böhler EAS 2-FD Böhler SAS 2-FD Böhler EAS 4 M-FD Böhler SAS 4-FD Böhler E 317 L-FD Böhler CN 22/9 N-FD Böhler CN 23/12-FD Böhler CN 23/12 Mo-FD Böhler E 308 H-FD Böhler A 7-FD Böhler NIBAS 70/20-FD T 19 9 L R M (C) 3 T 19 9 Nb R M (C) 3 T 19 12 3 L R M (C) 3 T 19 12 3 Nb R M (C) 3 T 19 13 4 L R M 3 T 22 9 3 L N R M (C) 3 T 23 12 L R M (C) 3 T 23 12 2 L R M (C) 3 TZ 19 9 H R M (C) 3 T 18 8 Mn R M (C) 3 Typ NiCr20Mn3Nb R M (EN 14172) E 308 LT0-4/-1 E 347 LT0-4/-1 E 316 LT0-4/-1 E 318 T0-4/-1 E 317 LT0-4/-1 E 2209 T0-4/-1 E 309 LT0-4/-1 E 309 LMoT0-4/-1 E 308 HT0-4/-1 E 307 T0-G E NiCr-3 T0-4 (AWS A 5.34 Entw.) Für Zwangslagenschweißung Markenname Einstufung nach EN 12073 Einstufung nach AWS A 5.22 Böhler EAS 2 PW-FD Böhler SAS 2 PW-FD Böhler EAS 4 PW-FD Böhler SAS 4 PW-FD Böhler CN 22/9 PW-FD Böhler CN 23/12 PW-FD Böhler CN 23/12 Mo PW-FD Böhler E 308 H PW-FD Böhler A 7 PW-FD T 19 9 L P M (C) 1 T 19 9 Nb P M (C) 1 T 19 12 3 L P M (C) 1 T 19 12 3 Nb P M (C) 1 T 22 9 3 L N P M (C) 1 T 23 12 L P M (C) 1 T 23 12 2 L P M (C) 1 TZ 19 9 H P M (C) 1 T 18 8 Mn P M (C) 2 E 308 LT1-4/-1 E 347 LT1-4/-1 E 316 LT1-4/-1 E 318 T1-4/-1 E 2209 T1-4/-1 E 309 LT1-4/-1 E 309 LMoT1-4/-1 E 308 HT1-4/-1 E 307 T1-G Normeinstufung Böhler - Fülldrahtelektroden Lagerung in Räumen, in denen kontrollierbare Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit herrschen (max. 60 % Luftfeuchtigkeit und min. 15 °C) Lagerung unter 10 °C ist wegen Taupunktunterschreitung und Gefahr der Kondenswasserbildung zu vermeiden Eine Beschädigung der Verpackung ist zu vermeiden Rücktrocknung, falls erforderlich Bei Entnahme aus der verschlossenen Originalverpackung ist in der Regel keine Rücktrocknung erforderlich Möglichst innerhalb von 2 - 3 Tagen verbrauchen Rücktrocknung bei ca. 150 °C / 24 h (Achtung: Spulkörper) Lagerrichtlinien für hochlegierte Fülldrahtelektroden Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4313 Durchmesser: 6300 mm Gewicht: 63,5 t Elektrische Leistung: 150 MW Schweißzusatz: CN 23/12 Mo-FD ∅ 1,2 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) Schweißzusatzbedarf: 1200 kg Werksfoto: Voith Siemens Hydro, Heidenheim FRANCIS - Laufrad Grundwerkstoff: Mantel, Oberteil, Dach W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 Medium: Magnesiumsulfat Schweißzusatz: Fox CN 22/9 N CN 22/9 N-IG (WIG) CN 22/9 N-FD Schweißposition: PA, PB, PD, PF Fülldraht: PA, PB Werksfoto: Austrian Energy & Environment Graz, Austria Nassfilter einer chemischen Rückgewinnungsanlage Kimberly Clark, Australien Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4301 Schweißzusatz: EAS 2-FD ∅ 1,2 mm Verbindungen: V-Nähte und Kehlnähte Größe des Bauteils: ∅ 1100 mm, Länge 4600 mm Wanddicken: 6-25 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) Werksfoto: Sartori-Stocktec GmbH, Neumünster Sterilisationsautoklav Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 Wanddicke: 15 - 25 mm Medium: Meerwasser Schweißzusatz: Wurzel und 1. Lage: CN 22/9 N-IG ∅ 1,2 mm Füll- und Decklage: CN 22/9 N-FD ∅ 1,2 mm CN 22/9 N-PW-FD ∅ 1,2 mm Schweißposition: PA, PC, PE, PF Verbindungen: V-Nähte Werksfoto: Frank Mohn FlatØy A.S. Norway Vorfertigung des Rohrsystems für Löschwasser einer Offshore Plattform 31803 UNS 31803 1.4462 2 Ø 508 mm pipe 49 mm UNS Macro section 1.4462 1 GTAW 3 Position PF, Schutzgas M21 Tv ca. 100 °C, Tzl max. 150 °C side bend test specimen Rohrrundnaht aus Duplexstahl 1.4462 Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4404 modifiziert (Mo-Gehalt > 2,5%) Wanddicke: 5 mm Schweißzusatz: EAS 4 M-FD ∅ 1,2 mm EAS 4 M-IG (WIG) Schweißpositionen: Fülldraht: PB Verbindungen: Kehlnaht (Bild links) HV-Naht (Bildmitte) beides maschinelle Schweißungen Flanschnähte: WIG Werksfoto: Voith Paper, Heidenheim Dampfblaskasten einer Papiermaschine Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4571 Schweißzusatz: EAS 4 M-FD ∅ 1,2 mm Fox EAS 4 M Schweißposition: PA (Wannenlage) Verbindungen: Kehlnaht Werksfoto: Andritz AG, Austria Schneckenwelle - Papierindustrie Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4571 + Feinkornbaustahl Schweißzusatz: CN 13/12 Mo PW-FD ∅ 1,2 mm Schweißposition: PF (senkrecht steigend) Verbindungen: Kehlnähte und HV-Nähte Werksfoto: Andritz AG, Austria Stuhlung für Doppelsiebpresse - Papierindustrie Grundwerkstoff: Mantel und Böden: W.Nr. 1.4571 Aussenhalbschlangen: W.Nr. 1.4541 Schweißzusatz: Fox SAS 4-A SAS 4-IG EAS 4 M-IG EAS 4 M-FD Schweißpositionen: Fülldraht: PA Verbindungen: V-Nähte und Kehlnähte Werksfoto: Apparatebau Kapfenberg Austria Rührwerksbehälter (beheizbar), Chemie-Linz Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4462 / UNS S 31803 Wanddicke: 18 mm Medium: Sauergas Schweißzusatz: CN 22/9 N-FD ∅ 1,2 mm Schweißpositionen: PA, PE, PF Werksfoto: Visser und Smit, Hanab Nehtherland Flansch-Schweißverbindung Grundwerkstoff: W.Nr. 1.4301 Wanddicke: 0,8 mm Schweißzusatz: Typ EAS 2-MC ∅ 1,2 mm Schweißposition: PA (Wannenlage) MAG-Puls, Position PA Schutzgas: Argon + 2,5 % CO2 Schweißgeschwindigkeit: > 1 m/min. Dünnblechschweißung mit Roboter – Y-Naht Verschleiß im Bereich des Ascheabzugs (Boden) Bei dem doppelwandigen Behälter Höhe 18 m, ∅ 3,6 m in stehender Anordnung ist der Grundwerkstoff H II von ursprünglich 40 mm teilweise bis auf 8 mm abgezehrt worden. Beseitigung der Verschleißfolgen durch Auftragschweißungen mit: CN 23/12-FD (1. Lage) A 7-FD (Folgelagen) Schweißpositionen: PB, PC Werksfoto: SVZ (Sekundäres Rohstoffverwertungszentrum) und Fa. Steinführer Verschwelungsanlage für Braunkohle, Klärschlämme und Restmüll (gelb) Verschleißzonen, durch Kavitation Werksfoto HDW, Kiel Ruderblatt der Fähre „Superfast“ Beseitigung der Kavitationsschäden durch Auftragsschweißungen Grundwerkstoff: A 36 und GS 20 Mn 5 Schweißzusätze: A 7-FD ∅ 1,2 mm CN 13/4-MC ∅ 1,2 mm und legierungsgleiche Stabelektroden Schweißpositionen: PC (Querposition) Werksfoto: HDW, Kiel Ruderblatt der Fähre „Superfast“ Werksfoto: HDW, Kiel Fähre „Superfast“ Frage: Wie können die Vorteile des Fülldrahtes vom Anwender stärker als bisher genutzt werden? Miteinbezug des Fülldrahtes in die Überlegungen bei: Schweißungen in Zwangslage der Entscheidung der Wahl der Stromquelle der Schutzgasart der Kalkulation des Putz- & Beizaufwandes Schweißaufgaben im Dünnblechbereich der Entscheidung: Ein- oder Mehrlagenplattierungen der Entscheidung über den Personaleinsatz; weniger geübte Schweißer finden optimale Schweißdaten relativ leicht, d.h. nach verhältnismäßig kurzer Zeit! Lösungen zur Produktivitätssteigerung sollten gemeinsam von Anwendern und Schweißzusatzhersteller gefunden werden. Schweissen mit hochlegierten Fülldrahtelektroden Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit