SCHWEISSEN MIT FÜLLDRÄHTEN
Transcrição
SCHWEISSEN MIT FÜLLDRÄHTEN
• WIRTSCHAFTLICHKEIT DER FÜLLDRAHTSCHWEISSUNG Manuskript für Schweißlehrer-Weiterbildung F. Winkler Teil I Schweißen mit unlegierten Fülldrähten • Inhalt Verfahrensprinzip und Fülldrahtkonzepte Eigenschaften der unterschiedlichen Fülldrähte Verarbeitungshinweise Anwendungsbeispiele Schweißen mit Fülldraht Verfahrensprinzip 1. 2. 3. 4. 5. 6. Gasdüse Kontaktdüse Schutzgas Drahtmantel Drahtfüllung 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 • Schutzgas-Schweißverfahren (ähnlich wie MAG-Massivdraht) Pulverfüllung beeinflusst Schweißeigenschaften Abschmelzleistung Positionseignung Mechanische Gütewerte Konzept von Fülldrähten Stumpfstoß • Nahtlos für un-, niedriglegierte Drähte Pulverfüllung 18 - 20 % nahtlose Typen nur 12 - 14 % ! Überlappstoß für hochlegierte Drähte >20 % möglich (dünneres Band) ermöglicht: • Desoxidation des Schweißgutes • Bildung von Schlacke • Stabilisierung des Lichtbogens • Zufuhr von z.B. Eisenpulver Stumpfgestossene FD 2 Varianten Schwarze Drähte & Glänzende Drähte • gezogen gewalzt Ziehseifen keine Ziehseifen getrocknet (280°C / 8-12 h) keine Trocknung Oxide Stromübergang) sichere HDM-Gehalte auch bei Rutildraht < 5ml/100gr Vorteile des gewalzten Drahtes Glänzende Oberfläche ohne Oxidschicht (Oxid = Isolator) • Keine Rückstände von Ziehseifen Besserer Stromübergang im Kontaktrohr und hohe Lichtbogenstabilität Sehr niedriger Wasserstoffgehalt im Schweißgut Hohe Füllgrade sind möglich (bis zu 45 %) Vorteile des Fülldrahtschweißens ⇒Höhere Stromdichte, rascheres Abschmelzverhalten, höhere Leistung. ⇒Tieferer Einbrand, weniger Risiko für Bindefehler durch breiteren Lichtbogen. ⇒Bessere Porensicherheit. • ⇒Weniger Spritzer, dadurch kürzere Putzzeiten. ⇒Glatte Nähte mit guter Benetzung. Ein guter Nahtübergang bei tiefem Einbrand erhöht die Sicherheit gegen Ermüdungsrisse bei dynamischer Beanspruchung. ⇒Niedriger Wasserstoffgehalt, max. 5 ml/100 g Schweißgut. ⇒Fülldrähte bringen sowohl qualitativ, als auch produktiv Vorteile und senken die Reparaturquote. Vergleich der Stromdichte bei 300 Ampere Massivdraht SG-2, Ø 1,6 mm Querschnitt: 2,01 mm² Stromdichte: 300 2,01= 149 A/mm² • Fülldraht BÖHLER Ti 52-FD, Ø 1,6 mm Form: Stumpfstoss Füllgrad: 18 % Banddicke: 0,35 mm Querschnitt: 1,37 mm² Stromdichte: 300 1,37 = 219 A/mm² Leistungsvergleich • Höhere Abschmelzleistung bedeutet Zeit- und Lohnkosteneinsparungen Es wird somit der kostenintensivste Teil der Gesamtkosten (Lohnkosten betragen ca. 80 %) positiv beeinflusst. DIE AM HÄUFIGSTEN VERWENDETEN SCHWEISSZUSÄTZE FÜR UNLEGIERTE BAUSTÄHLE FÜLLDRAHTELEKTRODEN • BÖHLER HL 51-FD/ EN 758: T 46 4 MM 2 H5 (Metallpulvertyp) • • BÖHLER Ti 52-FD/ EN 758: T 46 2 P M 1 H10 T 42 2 P C 1 H5 (Rutiltyp) • BÖHLER Kb 52-FD/ EN 758: T 46 2 P M 1 B M 1 H5 (Basischer Typ) • BÖHLER HL 53-FD/ EN 758: T 42 5 Z MM 2 H5 (Metallpulvertyp) FÜLLDRÄHTE MIT RUTILEM SCHLACKENSYSTEM • hervorragende Eignung für alle Schweißpositionen leicht verschweißbar (große Parameterbox) arbeiten immer im Sprühlichtbogen glatte Nahtoberfläche, gute Benetzung Schlacke leicht entfernbar Fülldrahtelektrode Böhler Ti 52-FD (AWS A 5.20: E 71 T-1) • ⇒Dies ist ein Vertreter der neuesten RutilFülldrahtgeneration mit feintropfigem (sprühförmigen) Tropfenübergang und schnell erstarrender Schlacke, wodurch die Schweißung in Zwangslage äußerst vorteilhaft ermöglicht wird. ⇒Eine Parametereinstellung für alle Positionen (8 m/min, 25 - 26 V) ⇒Ti 52-FD ist ebenfalls wie „SG 2“ für viele Standardschweißungen bis zu Prüftemperaturen von -20°C geeignet, Wanddicke max. 40 mm. ⇒Für Mischgas und CO2 gut geeignet. Fülldrahtelektrode Böhler Ti 52-FD (AWS A 5.20: E 71 T-1) ⇒Spritzerarmes Schweißen im Sprühlichtbogen ist bereits ab ca. 160 Ampere (6 m/min, 23 V) gewährleistet. ⇒Der wesentlichste Vorteil ergibt sich in der Anwendung hoher Stromstärken in Steignaht • und Überkopfposition, wodurch gegenüber Massivdraht um bis zu 160 % höhere Schweißgeschwindigkeit erzielt werden. ⇒Während Massivdraht in steigender Position max. Stromstärken von 170 - 180 Ampere zulässt, erlaubt Ti 52-FD Ø 1,2 mm mm bis zu 230/240 Ampere im Sprühlichtbogen. ⇒Dazu kommt noch hohe Spritzerbildung beim Massivdraht (Kurzlichtbogen!) und entsprechend hohe Putzzeiten. Die höheren Drahtkosten werden somit durch die verkürzte Rutil-Fülldraht im Vergleich zu Massivdraht Kehlnaht steigend, a = 4.5 mm Drahtdurchmesser 1,2 mm MassivTi 52-FD Ti 52-FD draht Ar + 18 % CO2 100 % CO2 • Drahtförderung (m/min) Strom (A) Spannung (V) Schweißgeschw. (cm/min) 4.0 160 18.0 12.0 10.0 230 28.7 26.5 + 120 % 12.2 230 30.5 31.5 + 162 % Zusätzlich wesentlich geringere Spritzerbildung bei Fülldraht und entsprechend wenig Aufwand für die Nachbearbeitung ! Produktivitäts-Vergleich Massivdraht / Fülldraht Schweißposition: senkrecht steigend mechanisiert, gependelt Gefordertes a-Mass: 4,5 mm • Ti 52-FD 1,2 mm 240 A, 18 cm/min a = 6 mm Massivdraht 1,0 mm 150 A, 18 cm/min a = 4.5 mm Ti 52-FD 1,2 mm 240 A, 28 cm/min (= + 55 %!) a = 4,5 mm (ohne pendeln) Einseitenschweißen auf keramischer Badsicherung ⇒ Ideal in Kombination mit Ti 52-FD für Wurzellagen in jeder Schweißposition ⇒ Ermöglicht höhere Stromstärken, dadurch höhere Leistung bereits bei Wurzelnähten • ⇒ Einfachere Nahtvorbereitung, größere Toleranzen ⇒ Einsparung von Ausfugen und Gegenschweißen ⇒ Sehr gute Nahtkontur auf der Wurzelseite Typische Profile METALLPULVER FÜLLDRÄHTE • Sprühlichtbogen auch bei relativ geringen Stromstärken möglich keine Schlacke (Oxydinseln wie Massivdraht) extrem spritzerarm sehr hohe Leistung mechanisiertes Schweißen Fülldrahtelektrode Böhler HL 51-FD (AWS A 5.18: E 70 C-6 M H4) Gefüllt mit Eisenpulver, keine Schlackenbildner, hohe Nutzausbringung und Strombelastbarkeit. Dadurch absoluter Hochleistungstyp ("HL" ..). Anwendungsmäßig (Stahlpalette, Schweißeigenschaften) mit Massivdraht SG 2 vergleichbar (bis -40°C und 45 mm Wanddicke). • Die seriöse Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bringt bei Metallpulverdrähten gegenüber Massivdrähten in folgenden Fällen Vorteile: Im Stromstärkenbereich zwischen 180-300 Ampere Massivdraht Ø 1,2 mm bei Anwendung von Mischgas (80/20) erreicht den spritzerarmen Tropfenübergang erst ab 300 A. HL 51-FD kann bereits ab 180 Ampere im spritzerarmen Sprühlichtbogen ohne wesentlichen nachträglichen Putzaufwand verschweißt werden. Die Investition teurer Impulsschweißgeräte für die spritzerarme Massivdrahtschweißung ist dadurch nicht erforderlich. Fülldrahtelektrode Böhler HL 51-FD (AWS A 5.18: E 70 C-6 M H4) Kehlnähte mit a-Maß von 5-6 mm • Durch die Wahl des Fülldrahtes Ø 1,6 mm mit einer Lage möglich. Draht SG 2 benötigt 2 Lagen.Die Nahtgeometrie bei einer Lage wäre nicht mehr akzeptabel. ⇒ Bei Dichtschweißungen z.B. Aufschweißen von Rohrhalbschalen an Behälter oder Bodenaußenwände ..... durch sicheren Einbrand und geringerer Porenempfindlichkeit. ⇒ Bei schwieriger Nahtzugänglichkeit Das freie Drahtende kann bis zu 25 mm (30 mm) betragen. Massivdraht ermöglicht ca. 10 mm. Bei geringem Nahtöffnungswinkel Der generell breitere Lichtbogen bei der Fülldrahtschweißung sorgt für einwandfreie Flankenerfassung und ermöglicht auch bei engen Nahtquerschnitten hohe Sicherheit bezüglich Bindefehler/Kaltstellen. • Bei Wurzelschweißungen Im Kurzlichtbogen mit Spaltbreiten bis 5 mm oder mittels Impuls unter Schutzgas Argon + 2 % O2. (4-5 fach rascher als mit WIG (in waagrechter Position). Eignung für die Mechanisierung Durch die nahezu schlackenfreien Schweißraupen wird das Schweißen mehrerer Lagen ohne Zwischensäuberung möglich. Dies bedeutet ideale Voraussetzungen für die automatische Schweißung. Die wirtschaftliche Einsatzmöglichkeit dieses Fülldrahtes ergibt sich somit anwendungsspezifisch im Behälter-, StahlMaschinen-, Fahrzeug- und Schiffbau vor allem bei waagrechter/horizontaler Schweißung. Schweißkosten - Analyse Drahtdurchmesser: 1,2 mm, 2F, a = 5 mm 20 5,5 % Lohnkosten Investitionskosten Kosten Zusatzwerkstoff < 3,3 % 15 DM/m 13,1 % 18 % 10 • 5 0 91,2 % Massivdraht 83,6 % Billig xxx 78,9 % HL 50-FD 8 7 Leistung/Std. m/Std. 6 5 6,05 6,6 4,31 4 3 2 1 0 Massivdraht Billig xxx HL 50-FD Metallpulverdraht (unlegiert) Kehlnähte, horizontal, a = 5 mm Gleichschenkelige Naht • NAHTGEOMETRIE Massivdraht 1,2 mm Oerlikon M10 1,2 mm Böhler HL 50-FD 1,2 mm Durchgesackte Naht < 280 A, darüber sackt Naht ab < 250 A, darüber sackt Naht ab 300-320 A bei guter Nahtgeometrie Drähte mit höherem Füllgrad sichern die Nahtform bei höheren Stromstärken! Kehlnähte, horizontal, a =6 mm Böhler HL 50-FD Ø 1,6 mm in 1 Lage 1 Meter in 4 Minuten (300 A, 29 V, 5,5 m/min) SG 2/ER 70 S-6 Ø 1,2 mm in 2 Lagen 1 Meter in 4,66 Minuten (270 A, 29 V, 10 m/min) Mehrleistung 16 % ! Einsparung ATS 56,-/Std. bei Lohnkosten von ATS 350,-/Std. WENIG SPRITZER, WENIG NACHARBEIT Fülldrahtelektrode Böhler HL 52-FD (AWS A 5.29: E 70 C-GM H4) • Metallpulver-Typ wie HL 50-FD, enthält jedoch ca. 0,9 % Nickel • Die vorteilhafte Anwendung ist bei hohen Forderungen an die Kerbschlagarbeit bis zu -50°C, Wanddicke max. 60 mm • • HL 52-FD ist eine wirtschaftlich interessante Alternative zu basischen Drähten durch die höhere Ausbringung, schlackenarme Schweißung und leichtere Handhabung im Vorteil. • Kann mit +Pol und -Pol verschweißt werden. • Im übrigen gelten die Charakteristiken wie bei HL 50-FD. Fülldrahtelektrode Böhler HL 52-FD (AWS A 5.29: E 70 C-GM H4) 80 Cr/20CO2 Kerbschlagarbeit, Joule 170 200 150 150 115 120 130 • 100 65 50 0 -50 -40 -30 -20 Prüftemperatur °C 0 +20 BASISCHE FÜLLDRÄHTE • sehr gute mechanische Eigenschaften porensicher relativ unempfindlich gegen Verunreinigungen genaue Einstellung der Parameter erforderlich (kleine Parameterbox) Fülldrahtelektrode BÖHLER Kb 52-FD AWS A 5.29, E 71T5-G Basischer FD mit 0,8 % Nickel • Für wirtschaftliche Positionsschweißungen am G, -Pol Besonders für hohe mechanischtechnologische Eigenschaften Kerbschlagarbeit bei -60°C > 54 Joule Niedrigster Wasserstoffgehalt ( < 3 ml/100g) Fülldrahtelektrode BÖHLER Kb 52-FD AWS A 5.29, E 71T5-G Für Qualitätsschweißungen hochbeanspruchter, dickwandiger Bauteile • Auch für Wurzelschweißungen mit und ohne Keramikunterlagen Eignung auch bei geprimerten Oberflächen Für Schutzgas Argon + 15-25 % CO2 Praktische Hinweise Fülldrähte schmelzen rascher ab als Massivdrähte. Der Brenner muss daher schneller gezogen werden. Strichraupen oder nur geringe Pendelbewegung bringen Vorteile in der Schweißgut-Kerbschlagarbeit (Umkörnung). • Der Brenner kann „schleppend“ oder „stechend“ geführt werden. Bessere Bad- und Schlackenkontrolle bei „schleppend“. Stechendes Schweißen ergibt flachere Nähte, etwas geringeren Einbrand (nur für Dünnbleche oder Kehlnähte mit kleinem a-Maß). Kleinere Nahtöffnungswinkel z.B. 50° sind bei Wanddicken bis 15 mm möglich. Praktische Hinweise Die Stromquelle muss ausreichend dimensioniert sein, damit die Leistungsvorteile genützt werden können. Drahtvorschubgerät soll glatte Antriebsrollen aufweisen, 4 Rollenantrieb von Vorteil. Schutzgasmenge 15 - 20 l/min. • Gasdüse sollte 15 mm Innendurchmesser haben und 4-6 mm über die Kontaktdüse hinausgehen. Die Parameterauswahl ist durch die große Parameter-Box bei Fülldrähten einfach. Ti 52-FD arbeitet nur im Sprühlichtbogen. HL 50-FD und HL 52-FD schweißen auch im Kurzlichtbogenbereich (16-21 Volt) sehr gut. Der Mischlichtbogen ist durch Wahl einer höheren Spannung (ab ca. 25 Volt) umgehbar. Anwendungsbeispiele Einschweißen von Rohren in eine Rohrplatte mit HL 52-FD Bei kleineren Wanddicken ideal mit Ti 52-FD • Einschweißen von Rohrstutzen in Behälter mit Ti 52-FD Anwendungsbeispiele Heften und Schweißen von Mantel-Rundnähten sowie Versteifungsringen • Schweißen von Rohrhalbschalen Anwendungsbeispiele Kehlnähte in allen Variationen • Zwangslagen mit BÖHLER Ti 52-FD ! Waagrecht und horizontal mit: BÖHLER HL 50-FD BÖHLER HL 52-FD SCHWEISSEN AM MINUSPOL mit BÖHLER Kb 52-FD • Besserer Einbrand als mit + Pol-Drähten Ermöglicht flache, nicht überhöhte Steignähte (schwierig mit + Pol-Drähten) Vorteil - weniger Schleifarbeit Etwas größere Parameterbox als Wettbewerb Schweißen auf Primer < 20 µm mit max. 40 cm/min Kb 52-FD kann auch mittels T.I.M.E. verschweißt werden SCHWEISSMASCHINEN STAHLBAU / CONSTRUCTION • Überdachung / Roof Construction Unlegierte Werkstoffe / non alloy materials ENERGIEWIRTSCHAFT/POWER INDUSTRY • Wehrsegment /Section of Mayable Dam Unegierte Werkstoffe/non alloyed materials TRANSPORT / TRANSPORT INDUSTRY Hochleistungs-Drehgestell für Eisenbahnzüge • Unlegierte Werkstoffe / non alloy materials EN 758: Fülldrahtelektroden zum MetallLichtbogenschweißen mit und ohne Schutzgas von unlegierten Stählen und Feinkornbaustählen EINTEILUNG Bezeichnung einer Fülldrahtelektrode (T) für das Lichtbogenschweißen, deren Schweißgut eine Mindeststreckgrenze von 460 N/mm² aufweist, • eine Mindestkerbschlagarbeit von 47 Joule bei –30°C (3) erbringt und eine chemische Zusammensetzung von 1,1 % Mn und 0,7 % Ni (Ni) hat. Die Fülldrahtelektrode des basischen Typs (B) wird unter Mischgas (M) verschweißt und ist geeignet für Stumpf- und Kehlnähte in Wannenposition (4). Der Wasserstoffgehalt überschreitet nicht 5 ml/100 g aufgetragenes Schweißgut (H5). EN 758: Fülldrahtelektroden zum MetallLichtbogenschweißen mit und ohne Schutzgas von unlegierten Stählen und Feinkornbaustählen EINTEILUNG Bezeichnung einer Fülldrahtelektrode (T) für das Lichtbogenschweißen, deren Schweißgut eine Mindeststreckgrenze von 460 N/mm² aufweist, eine Mindestkerb• schlagarbeit von 47 Joule bei –30°C (3) erbringt und eine chemische Zusammensetzung von 1,1 % Mn und 0,7 % Ni (Ni) hat. Die Fülldrahtelektrode des basischen Typs (B) wird unter Mischgas (M) verschweißt und ist geeignet für Stumpfund Kehlnähte in Wannenposition (4). Der Wasserstoffgehalt überschreitet nicht 5 ml/100 g aufgetragenes Schweißgut (H5). EN 758: Fülldrahtelektroden zum MetallLichtbogenschweißen mit und ohne Schutzgas von unlegierten Stählen und Feinkornbaustählen EINTEILUNG Die Normbezeichnung lautet: • Hierbei bedeuten: Rutil-Fülldraht im Vergleich zu Massivdraht Kehlnaht steigend, a = 4.5 mm Drahtdurchmesser 1,2 mm Massiv- Ti 52-FD draht Ar + 18 % CO2 • Drahtförderung (m/min) Strom (A) Spannung (V) Schweißgeschw. (cm/min) 4.0 160 18.0 12.0 10.0 230 28.7 26.5 + 120 % Ti 52-FD 100 % CO2 12.2 230 30.5 31.5 + 162 % Zusätzlich wesentlich geringere Spritzerbildung bei Fülldraht und entsprechend wenig Aufwand für die Nachbearbeitung ! Abschmelzleistung im Vergleich Fülldraht/Massivdraht Ø 1,2 mm Theoretische Abschmelzleistung (100 % ED) kg/h 8 7 6 5 • 4 3 2 1 100 FD 1,2 200 300 IG (Si) 1,2 • Das Schweißen mit Fülldraht zählt neben „UP“ zum produktivsten Verfahren der Schweißtechnik • Hohe Stromdichte (A/mm²), da Stromübergang fast nur über den dünnen Rohrmantel erfolgt. • Daher rascheres Abschmelzen und somit hohe Leistung EN 439: Einteilung der Schutzgase für Lichtbogenschweißen und Schneiden • Massivdraht, ø: 1,0 mm Massivdraht, ø: 1,2 mm Schutzgas: M 21 Schutzgas: M 21 I: 140 A, U: 19,5 V I : 145 A, U: 19 V v: 3,5 m/min v: 5,5 m/min Schweißgeschwindigkeit: 9,8 cm/min Schweißgeschwindigkeit: 8,3 cm/min Fülldraht, ø: 1,2 mm Schutzgas: M 21 I : 250 A, U: 26,5 V Schweißgeschwindigkeit: 25,3 cm/min v: 9,0 m/min Massivdraht ø: 1,0 mm (G3 Si1) [cm] • Massivdraht ø: 1,2 mm [cm] (G3 Si1) Fülldraht ø: 1,2 mm (T 46 3 PM 1) [cm] 30 30 30 25 25 25 20 20 20 15 15 15 10 10 10 5 5 5 0 0 0