Schweißvariablen und wie sie sich auf den Herstellungsprozess auswirken

Die ordnungsgemäße Einhaltung der Schweißvariablen ist für die Erzielung einer hohen Schweißqualität in jedem Betrieb von entscheidender Bedeutung.

Die ordnungsgemäße Einhaltung der Schweißvariablen ist für die Erzielung einer hohen Schweißqualität in jedem Betrieb von entscheidender Bedeutung. Viele Unternehmen führen Schweißverfahren ein, die die empfohlenen Parameter definieren, um die Konsistenz zwischen Schweißern und Teilen zu gewährleisten. Das Verständnis der einzelnen Schweißvariablen in einem Verfahren und ihrer Wirkung kann wesentlich dazu beitragen, dass Schweißer ihre Produktivitätsziele erreichen und Ausfallzeiten und Nacharbeitskosten reduzieren.

Beim Konstantspannungsschweißen (CV) oder CV-Schweißen mit Massiv- oder Rohrdrähten müssen Schweißer wichtige Schweißvariablen und ihre Funktionen berücksichtigen und verstehen, wie sie sich auf den Prozess auswirken.

Die Schweißstromstärke bezieht sich auf die Menge und Geschwindigkeit des in einem Stromkreis fließenden Stroms, die sich auf die Wärme auswirkt, die zum Schmelzen des Schweißdrahts und des Grundmaterials zur Verfügung steht. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Drahtvorschubgeschwindigkeit (WFS): der Geschwindigkeit und Menge des Zusatzwerkstoffes, der in die Schweißnaht gelangt. Wenn der WFS zunimmt, steigt auch die Schweißstromstärke; Wenn sie abnimmt, nimmt auch die Stromstärke ab. Dieser Zusammenhang wiederum beeinflusst die Schweißnahtdurchdringung. Höhere Stromstärkeneinstellungen führen zu einer stärkeren Gelenkdurchdringung, während niedrigere Stromstärkeneinstellungen zu einer geringeren führen.

Die Schweißstromstärke steht in einem umgekehrten Verhältnis zum Kontaktspitze-zu-Werkstück-Abstand (CTWD), dem Abstand vom Ende der Kontaktspitze zum Grundmaterial. Manche verwenden den Begriff auch, um die Lichtbogenlänge in Kombination mit dem Stick-out anzugeben oder wie weit der Draht von der Kontaktspitze absteht, wenn er bündig mit der Düse abschließt. Wenn ein Bediener den Stickout erhöht, verringert sich die Schweißstromstärke und umgekehrt. Änderungen an der CTWD wirken sich auch auf die Schweißdurchdringung aus: Je näher die Kontaktspitze am Grundmaterial ist, desto größer ist die Eindringtiefe.

Darüber hinaus beeinflusst die Schweißstromstärke die Abschmelzrate – oder wie viel Draht verwendet wird – sowie das Aussehen der Schweißnaht und die Wärmezufuhr. Eine zu hohe Stromstärke, insbesondere beim Schweißen mit Metallfülldraht, kann zu einer matten, schuppigen Schweißnaht führen. Die Stromstärke erhöht oder verringert auch direkt die Wärmezufuhr und hat in Kombination mit der Fahrgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Wärmezufuhr. Der Wärmeeintrag wird wie folgt berechnet:

(60 x Ampere x Volt)/(1.000 x Fahrgeschwindigkeit in IPM) = KJ/Zoll.

WFS steht nicht nur in direktem Zusammenhang mit der Stromstärke, sondern beeinflusst auch die Schweißübertragungsmodi. Höhere WFS und Spannung bewegen den Prozess in einen Kugelmodus, bei dem große Drahttröpfchen über den Lichtbogen in das Schweißbad gelangen. Durch Erhöhen des WFS (und damit der Stromstärke) und der Spannung ist die Verwendung eines Sprühübertragungsmodus möglich. Dieser Modus sprüht kleine Drahttröpfchen auf das Schweißbad und ist bekannt dafür, dass es sich um einen reibungslosen, benutzerfreundlichen Prozess handelt, der die Produktivität verbessert. Dies gilt insbesondere in Verbindung mit einem Metalldraht. Das „Welding Handbook, Band 1“ der American Welding Society (AWS) gibt den ungefähren Strom an, der für den Übergang vom Kugel- in den Sprühübertragungsmodus erforderlich ist.

Eine Erhöhung des WFS führt auch zu höheren Abschmelzraten: der Menge an Zusatzwerkstoff, die einer Schweißverbindung in einem bestimmten Zeitraum hinzugefügt wird.

Niedrigere WFS und Spannung halten den Prozess im Bereich des Kurzschlussschweißens, bei dem der Draht das Grundmaterial berührt und den Kontakt, der das Metall überträgt, kurzschließt. Dieser Kurzschluss kann bis zu 200 Mal pro Sekunde auftreten. Insgesamt handelt es sich um einen langsameren Prozess mit geringeren Ablagerungsraten.

Spannung bezieht sich auf den elektrischen Druck, der dazu führt, dass Strom im Schweißkreis fließt. Es ist direkt für die Einstellung der Bogenlänge verantwortlich. Eine höhere Schweißspannung bedeutet einen längeren Lichtbogen; Es verringert jedoch auch effektiv den Stick-out, was zu höheren Stromstärken führt. Aus diesem Grund ist es für Schweißer wichtig, beim Schweißen mit einer CV-Stromquelle einen konstanten Stickout aufrechtzuerhalten. Die Schweißspannung steht auch in direktem Zusammenhang mit der Wärmezufuhr, sodass höhere Einstellungen mehr Wärme bedeuten. Eine Erhöhung der Spannung führt auch zu einem breiteren Lichtbogenkegel.

Schweißvariablen stehen in unterschiedlichem Verhältnis zueinander, arbeiten aber letztendlich zusammen, um die gewünschte Schweißleistung zu erzielen.

Die Schweißspannung beeinflusst die endgültige Schweißung auf verschiedene Weise. Ist er zu hoch, entsteht eine flachere Schweißnaht und ein konkaves Schweißnahtprofil. Eine zu hohe Spannung kann außerdem zu einer Einkerbung oder einer Rille im Grundmaterial in der Nähe des Schweißnahtübergangs führen, die nicht mit Schweißgut gefüllt ist.

Wenn die Schweißspannung zu niedrig ist, kann es zu einer Kaltschweißung kommen – ein Defekt, der auftritt, wenn das Zusatzwerkstoff an den Schweißnahtenden nicht vollständig mit dem Grundmaterial verschmilzt. Es kann zu seiligen oder aufgewölbten Schweißnähten und übermäßigen Spritzern kommen. Für Anwender, die mit langen Stromkabeln schweißen, ist es wichtig zu wissen, dass es trotz der Maschineneinstellung zu Spannungsabfällen an der Schweißstelle kommen kann. Beispielsweise kann eine Stromquelle auf 25 V eingestellt sein, aber nur 23 V liefern. Dies kann ebenfalls zu einer kalten Runde führen.

Die Fahrgeschwindigkeit bezieht sich einfach auf die Geschwindigkeit, mit der sich der Lichtbogen entlang der Schweißnaht bewegt, gemessen in Zoll pro Minute (IPM). Im halbautomatischen Betrieb fühlen sich viele Schweißer mit durchschnittlich 10 bis 12 IPM wohl, aber erfahrenere Bediener können im Bereich von 18 bis 20 IPM schweißen. Beim Schweißen mit Metallfülldraht sind die Vorschubgeschwindigkeiten aufgrund der Konstruktion und der internen Verbundpulver tendenziell höher.

Da sich Änderungen in der Vorschubgeschwindigkeit auf die Wärmezufuhr auswirken, ist beim Schweißen wärmeempfindlicher Materialien wie Aluminium Vorsicht geboten. Durch schnelleres Schweißen wird die Wärmezufuhr reduziert und Probleme wie Durchbrennen verhindert. Beim Mehrlagenschweißen dicker Materialien sind möglicherweise langsamere Vorschubgeschwindigkeiten erforderlich, um jeden Durchgang zu füllen und eine gute Kornverfeinerung zu unterstützen.

Zu langsame Fahrgeschwindigkeiten können zu viel Hitze, eine breite Schweißnaht und einen schlechten Einbrand führen, während zu schnelle Fahrgeschwindigkeiten zu einer schmalen Schweißnaht mit unzureichender Schweißnahtverbindung führen. Es ist wichtig, bei der jeweiligen Schweißverbindung ein gleichmäßiges Tempo einzuhalten.

Schutzgas, ob Argon oder Kohlendioxid (CO2) – das am häufigsten verwendete – hat Einfluss auf die Schweißeigenschaften und die Schweißleistung. Ein hundertprozentiges CO2-Schutzgas sorgt für eine tiefe Eindringung der Fuge bei dickerem Material, weist jedoch tendenziell eine geringere Lichtbogenstabilität auf und erzeugt mehr Spritzer. Die Zugabe von Argon zu CO2 trägt dazu bei, ästhetisch ansprechende Schweißnähte mit weniger Spritzern zu erzeugen. Eine Schutzgasmischung mit hohem Argongehalt führt zu Schweißnähten mit höherer Zug- und Streckgrenze, aber geringerer Duktilität. Ein hoher CO2-Gehalt in der Mischung verbessert die Duktilität und Rissbeständigkeit, verringert jedoch die Zug- und Streckgrenze.

Ebenso wie Spannung und WFS die Schweißübertragungsmodi beeinflussen, wirkt sich auch das Schutzgas aus.

Beispielsweise ist es möglich, im Kurzschlussmodus mit Massiv- und Metalldrähten mit einer Mischung aus 75 % Argon und 25 % CO2 zu schweißen. Kugelförmiges Transferschweißen mit gasgeschützten Fülldrähten erfordert 100 % CO2, und bei höheren Spannungen kann Metallfülldraht mit 80 % Argon und 20 % CO2 gepaart werden, um dickere Materialien im Sprühtransfermodus zu schweißen.

Schweißvariablen stehen in unterschiedlichem Verhältnis zueinander, arbeiten aber letztendlich zusammen, um die gewünschte Schweißleistung zu erzielen. Zum Beispiel beim Schweißen an ½-Zoll. Dicker Weichstahl wie A36 mit etwa 250 Ampere ist ein gutes Ziel und sorgt in den meisten Fällen für eine ausreichende Wurzelverschmelzung. Die Verwendung einer Gasmischung aus 90 % Argon und 10 % CO2 ermöglicht das Schweißen im Sprühübertragungsmodus bei etwa 26 bis 28 V und etwa 375 bis 420 IPM WFS.

Die Einhaltung geeigneter Variablen trägt dazu bei, den Prozess kosteneffektiv zu gestalten, die Produktivitätsziele unter Kontrolle zu halten und einwandfreie Schweißnähte zu erzeugen.