In der Industrie weit verbreitete Lichtbogenschweißverfahren
Dieser Artikel beleuchtet die elf in der Industrie weit verbreiteten Lichtbogenschweißverfahren. Die Lichtbogenschweißverfahren sind: 1. Kohlenstoff-Lichtbogenschweißen 2. Abgeschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW) 3. Unterpulverschweißen (SAW) 4. Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) 5. Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) 6. Plasma-Lichtbogen Schweißen 7. Plasma-Mig-Schweißen 8. Atomwasserstoffschweißen 9. Bolzenschweißen und einige andere.
Lichtbogenschweißprozess Nr. 1. Kohlenstoff-Lichtbogenschweißen:
Es ist das älteste bekannte Lichtbogenschweißverfahren, bei dem ein reiner Graphit- oder gebrannter Kohlenstoffstab mit einem Durchmesser von 4 bis 19 mm und einer Länge von 300 bis 450 mm als nicht verbrauchbare Elektrode verwendet wird, um einen Lichtbogen zwischen ihm und dem Werkstück zu bilden, indem er darin gehalten wird einen Elektrodenhalter mit einer Elektrodenverlängerung von 75 bis 125 mm.
Die Schweißnaht kann durch Anwendung von Wärme mit oder ohne Zusatz von Füllmaterial hergestellt werden. Wenn Füllmaterial verwendet wird, hat es normalerweise dieselbe Zusammensetzung wie das Basismetall und wird dem Bogen in Form von zusätzlichem Draht oder Stab hinzugefügt. Wenn Flussmittel verwendet werden muss, geschieht dies normalerweise durch Eintauchen des Füllstoffs in das Flussmittel.
Obwohl die Kohlenstoffelektrode als nicht verbrauchbar angesehen wird, zerfällt sie tatsächlich, löst sich jedoch langsam auf, wodurch sich eine Abschirmung aus CO und CO 2 bildet, die die atmosphärischen Gase um das Schweißbad herum ersetzt und somit den erforderlichen Schutz bietet.
Die Kohlenstoffelektrode wird normalerweise über eine Länge von 20 bis 25 mm geschliffen, um ein spitzes Ende mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 5 mm bereitzustellen. Dies sorgt für einen stabilen Bogen.
Normalerweise wird eine Gleichstromquelle (Gleichstrom) mit 60% Einschaltdauer des Konstantstromtyps (CC) mit einer negativen Elektrode (gerade Polarität) verwendet, um die Zerfallsgeschwindigkeit niedrig zu halten. Die Strombelastbarkeit der Elektrode hängt von ihrem Durchmesser und ihrem Typ ab. Tabelle 2.1 gibt einen Leitfaden für die aktuelle Auswahl.
Der Kohlenstoffbogen ist ein weicher Bogen und hat normalerweise eine Länge von 25 bis 40 mm, wie in Abb. 2.2 dargestellt. Die Temperatur des Schweißbades kann leicht durch Variieren der Lichtbogenlänge kontrolliert werden. Das Lichtbogenschweißen führt jedoch häufig zu Schlaglöchern, die durch die Turbulenz im Schweißbad aufgrund des "Lichtbogenstoßes" verursacht werden.
Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Bereitstellung von Wärmequellen zum Löten, Hartlöten, Löten und Wärmebehandlung sowie zur Reparatur von Eisen- und Stahlgussteilen verwendet. Typische Anwendungen des Verfahrens umfassen das Schweißen von verzinktem Stahl und Kupfer.
Doppelelektroden-Lichtbogenschweißen:
Eine Variante des Kohlenstoff-Lichtbogenschweißens ist das Doppelelektroden-Kohlenstoff-Lichtbogenschweißen, bei dem ein spezieller Elektrodenhalter zur Aufnahme von zwei Kohlenstoffstäben verwendet wird. Die verwendete Stromquelle ist Wechselstrom (Wechselstrom), um die Elektroden auf der gleichen Temperatur zu halten.
Der Bogen wird zwischen den beiden Elektroden angezogen und seine Länge kann durch Einstellen des Abstands zwischen ihnen variiert werden, was leicht durch Bewegung eines Knopfes durch den Daumen erreicht werden kann. Der in Abb. 2.3 gezeigte fächerförmige Lichtbogen ist weich und hat eine Temperatur von 4400 bis 5000 ° C.
Die Schweißstromeinstellungen sind in Tabelle 2.2 angegeben:
Das Zwei-Elektroden-Kohlelichtbogenverfahren wird mit einphasig begrenztem Wechselstrom-Schweißtransformator mit niedriger Einschaltdauer (20-30%) verwendet. Es kann zwar in jeder Position und auf allen Werkstoffen zum Schweißen verwendet werden, wird aber, wenn überhaupt, hauptsächlich zum Verbinden von Kupferlegierungen oder mit Eisenmetallen verwendet. Im letzteren Fall wird als Zusatzmetall Siliziumbronze sowie zum Schweißen von verzinktem Stahl verwendet. Es kann auch zum Schweißen von Aluminium-, Nickel-, Zink- und Bleilegierungen verwendet werden. Es findet auch Verwendung bei der Herstellung von Thermoelementverbindungen.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 2. Abgeschirmtes Lichtbogenschweißen (SMAW):
Es ist der "Lichtbogenschweißprozess", der sogar einem Laien bekannt ist, und kann in diesem Land als "Straßenschweißprozess" angesehen werden. Bei der Erfindung im Jahre 1880 wurden nackte Elektroden verwendet, die nachfolgenden Entwicklungen führten jedoch zur Verwendung beschichteter Elektroden.
Dieses Verfahren ist auch als Stabelektrodenschweißen oder beschichtetes Elektrodenschweißen oder manuelles Lichtbogenschweißen bekannt. Es werden beschichtete Elektroden mit einem Durchmesser von 2, 5 bis 6, 35 mm und einer Länge von 300 bis 450 mm verwendet, die in einem Elektrodenhalter gehalten werden. Die verwendete Stromquelle ist vom Typ mit konstantem Strom, und sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromversorgungen können in den meisten Fällen mit gleicher Leichtigkeit und Effektivität eingesetzt werden. Abb. 2.4 zeigt ein Setup für den SMAW-Prozess.
Wenn ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, dem Elektrodenkerndraht und seiner Überzugsschmelze geschlagen wird, bildet dieser einen Gasschutz, um das geschmolzene Schweißbad und die Elektrodenspitze vor den schädlichen Einflüssen der atmosphärischen Gase zu schützen. Die Temperatur im Kern des Bogens liegt zwischen 6000 und 7000 ° C. Die vom Schweißlichtbogen ausgehenden Strahlungen können die Augen beschädigen, so dass ein Schutzschild erforderlich ist.
Das Verfahren ist sehr vielseitig und wird zum Schweißen in allen Positionen und allen Metallen verwendet, für die Elektroden entwickelt wurden. Die beschichteten Elektroden sind derzeit zum Schweißen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, niedrig legierten Stählen, vergüteten Stählen (Q & T), hochlegierten Stählen, korrosionsbeständigen Stählen und rostfreien Stählen sowie für Gusseisen und Temperguss erhältlich. Es wird auch zum Schweißen von Nickel und Nickellegierungen und in geringerem Umfang zum Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen verwendet.
Es findet eine begrenzte Verwendung beim Schweißen von Aluminiumlegierungen. Typische Anwendungen des Verfahrens umfassen die weitgehende Verwendung in der Industrie zur Herstellung von Schiffen, Brücken, Druckbehältern und Bauten. Da der Prozess jedoch nur im manuellen Modus verwendet werden kann, wird er langsam durch andere Schweißprozesse für die schwere Fertigung ersetzt, wo große Metallmengen abgeschieden werden müssen.
Lichtbogenschweißprozess Nr. 3. Unterpulverschweißen (SAW):
Die Forderung nach höheren Abscheideraten und das Versagen, SMAW zu mechanisieren, führte gegen Mitte und Ende der 1930er Jahre zur Entwicklung des Unterpulverschweißens. Das Verfahren verwendet körniges Flussmittel und einen kupferbeschichteten Draht in aufgewickelter Form, so dass lange Schweißläufe ohne Unterbrechung abgelagert werden können. Der Elektrodendrahtdurchmesser kann zwischen 1 und 10 mm liegen. Es werden sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromquellen verwendet, obwohl Gleichstrom mit positiver Elektrode (tief) die bevorzugte Wahl ist.
Das körnige Flussmittel wird so eingegossen, dass es die Verbindungsstelle vor der Elektrode bedeckt. Der Elektrodendraht wird durch das Flussmittel vorwärts bewegt, und der Lichtbogen bleibt darunter untergegangen, so dass kein schützendes Schutzglas für die Augen erforderlich ist. Das Flussmittel, das aufgrund der Lichtbogenwärme schmilzt, bildet eine Schlackenschicht auf der abgeschiedenen Perle, löst sich jedoch beim Abkühlen leicht ab. Das nicht geschmolzene Flussmittel wird durch Vakuumabsaugung aufgefangen und im Kreislauf geführt.
Durch die Flussmittelabdeckung werden Schweißspritzer und Lichtbogenstrahlung eliminiert, wodurch die Schweißniederschlags- und Wärmeausnutzungseffizienz verbessert wird. Es ist daher möglich, hohe Schweißströme in der Größenordnung von 2000 Ampere mit einer Stromdichte in der Größenordnung von 16 A / mm 2 zu verwenden, dh das 6- bis 10-fache derjenigen, die von der beschichteten Elektrode beim Handmetall-Lichtbogenschweißen getragen wird.
Das Verfahren wird hauptsächlich in der unteren Handschweißposition im automatischen und halbautomatischen Modus verwendet. Ersteres ist ein beliebterer Modus, und ein Setup für denselben Modus ist in Abb. 2.5 dargestellt.
Die Metalle, die durch dieses Verfahren am meisten geschweißt werden, umfassen kohlenstoffarme, niedriglegierte, rostfreie Stähle und hochlegierte Stähle. Auch Kupfer, Aluminium und Titan werden durch dieses Verfahren in begrenztem Umfang geschweißt.
Die Schweißnaht, die durch das SAW-Verfahren erhalten wird, ist ausgezeichnet, und folglich findet das Verfahren breite Anwendung beim Schweißen von Verbindungen in dicken Platten in Druckbehältern, Schiffen, Brücken, im Bauwesen, geschweißten Rohren und Kernreaktoren.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 4: Wolframgasschweißen (GTAW):
Das Wolfram-Lichtbogenschweißen oder das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) wurde Anfang der 1940er Jahre in der Industrie eingeführt, hauptsächlich zum Schweißen von Aluminium- und Magnesiumlegierungen. In der Folge verbreitete sich seine Verwendung auf fast alle Metalle. Bei diesem Verfahren wird eine nicht verbrauchbare Wolframelektrode mit einer Hülle aus inertem Schutzgas verwendet.
Das Schutzgas schützt sowohl die Wolframelektrode als auch das Schweißbad vor den schädlichen Auswirkungen der umgebenden atmosphärischen Gase. Die üblicherweise verwendeten Schutzgase sind Argon, Helium oder deren Gemische.
Für GTAW werden sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromversorgungsquellen verwendet. Wenn Gleichstrom verwendet wird, ist es üblich, die Elektrode negativ zu halten, aber für Aluminium und Magnesium muss eine positive Elektrode verwendet werden, um die kathodische Reinigungswirkung auf dem Werkstück zu beeinflussen.
Dies führt jedoch zu einer Begrenzung der Strombelastbarkeit der Elektrode. Der Wolframelektrodendurchmesser variiert zwischen 0-5 bis 6-5 mm und die Strombelastbarkeit variiert dementsprechend zwischen 5 und 650 Ampere. Die Brenner für die Stromführung über 100 Ampere sind normalerweise wassergekühlt.
Die Lichtbogenauslösung in GTAW erfolgt normalerweise durch Berühren der Elektrode an einem Graphitblock. Bei einer Wechselstromquelle wird Hochfrequenz (0-3 - 30 MHz) zum Auslösen und Aufrechterhalten des Lichtbogens verwendet. Abb. 2.6 zeigt ein Setup für den GTAW-Prozess.
Das GTAW-Verfahren ist ein All-Position-Schweißverfahren und wird weitgehend zum Schweißen von Aluminium, Magnesium, rostfreien Stählen, Kupfer, Nimonic-Legierungen (80% Ni + 20% Cr), Monel (66% Ni + 33% Cu + 1% Mn) verwendet. Inconel (76% Ni + 15% Cr + 9% Fe), Messing (Cu + 37% Zn), Bronze (Cu + 8% Sn), Wolfram, Silber, Molybdän und Titan. Flugzeugindustrie, Chemieanlagen- und Kernkraftwerkshersteller sind typische Anwenderindustrien dieses Prozesses.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 5 : Gasmetallschweißen (GMAW) :
Gas-Metall-Lichtbogenschweißen wurde kurz nach der Einführung von GTAW in den 1940er Jahren erfunden und ist derzeit das am schnellsten wachsende Schweißverfahren der Welt. Bei diesem Verfahren wird ein Verschleißdraht mit einem Durchmesser von 0–8 bis 2–0 mm, der auf einer Spule aufgewickelt ist, mit einer voreingestellten Geschwindigkeit durch einen Schweißbrenner geführt, in dem die elektrische Verbindung und das Schutzgas bereitgestellt werden.
Der Lichtbogen, der durch direkten Kontakt zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück getroffen wird, wird durch das Zusammenwirken der elektrischen Parameter auf einer konstanten Länge gehalten. Das System wird durch die Verwendung einer Stromquelle mit konstanter Spannung (CV) und dünnem Schweißdraht empfindlich gemacht. Die Stromquelle ist ausnahmslos vom gleichgerichteten Gleichstromtyp und die verwendete bevorzugte Polarität ist eine positive Elektrode.
Die Vorschubgeschwindigkeit ist abhängig vom Drahtdurchmesser und der Dicke des Werkstücks voreingestellt. Es wird mit Hilfe eines Elektromotors und Einzugswalzen in den Brenner eingespeist.
In Abhängigkeit von dem Arbeitsmaterial kann das Schutzgas Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder deren Gemische sein. Wenn inertes Schutzgas verwendet wird, ist das Verfahren allgemeiner als MIG-Schweißen (Metal Inert Gas) bekannt. Wenn CO 2 als Schutzgas verwendet wird, wird es als CO 2 -Schweißen oder MAG-Schweißen (Metal Active Gas) bezeichnet.
Bei GMAW handelt es sich um ein halbautomatisches Schweißverfahren mit allen Positionen. Es sind jedoch auch automatische Versionen erhältlich. Ein Setup für den halbautomatischen GMAW-Prozess ist in Abb. 2.7 dargestellt.
Abb. 2.7 A Einrichtung für das Metallgasschweißen
GMAW ist ein sehr vielseitiger Prozess und kann zum Schweißen aller Metalle verwendet werden, für die kompatible Fülldrähte entwickelt wurden. Es findet breite Anwendung beim Schweißen von Stählen, Aluminium, Magnesiumlegierungen, Nickellegierungen, Kupferlegierungen und Titan. Typische Anwendungen sind jedoch die Herstellung von mittleren Maßeinheiten, wie zum Beispiel Konstruktionen, Erdbewegungsmaschinen, Platten- und Kastenträger und Automobilkarosserien.
Lichtbogenschweißprozess Nr. 6. Plasma-Lichtbogenschweißen:
Plasma ist definiert als ein Fluss ionisierten Gases. Es wird erhalten, indem das Gas durch einen Hochtemperaturbogen geleitet wird, wodurch die Gasmoleküle in Atome und dann in Ionen und Elektronen gespalten werden. Obwohl in den meisten Lichtbogenschweißprozessen ein Plasmastrom stattfindet, wird das gesamte Gas beim Plasma-Lichtbogenschweißen in Plasma umgewandelt, indem es durch einen sehr engen Durchgang eines Hochtemperaturlichtbogens geleitet wird.
Der Plasmabrenner wurde im Jahr 1925 entwickelt, seine industrielle Verwendung zum Schweißen soll jedoch aus dem Jahr 1953 stammen. Für das Schweißen ist das Plasma auch als äußere Hülle eines Schutzgases vorgesehen.
Beim Plasma-Lichtbogenschweißen wird der Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und dem Werkstück erzeugt, wie beim Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen. Der Plasmabogen wird jedoch dadurch eingeengt, dass er durch einen engen Durchgang in einer wassergekühlten Kupferdüsenspitze geführt wird, die selbst von einer äußeren Düse umgeben ist, durch die das Schutzgas strömt. Ein Querschnitt eines Plasmaschweißbrenners ist in Abb. 2.8 dargestellt.
Energie für das Plasmaschweißen wird immer aus einer Gleichstromquelle des Konstantstromtyps mit einer Leerlaufspannung von 70 bis 80 Volt und einem Tastverhältnis von 60% erhalten. Der Schweißstrom liegt zwischen 100 und 300 Ampere.
Es gibt zwei Variationen des Plasma-Lichtbogenschweißprozesses, der als nicht übertragener Typ und übertragener Typ bezeichnet wird. Im ersteren ist die Wolframelektrode die Kathode und die Brennerdüse die Anode. Ein solcher Brenner ist dem Sauerstoffacetylenbrenner hinsichtlich seiner Manövrierfähigkeit sehr ähnlich, da sich das Werkstück außerhalb des Stromkreises befindet.
Ein solcher Plasmabogen ist jedoch im Vergleich zu dem übertragenen Bogen, bei dem das Werkstück die Anode ist, weniger intensiv. Die Manövrierbarkeit des übertragenen Bogens ist jedoch eingeschränkt. Ein solcher Lichtbogen ist jedoch sehr intensiv und der Prozess führt zu einer höheren thermischen Effizienz. Abb. 2.9 zeigt die beiden Modi des Plasmaschweißlichtbogens.
Die Temperatur in einem Plasmabogen kann bis zu 55.000 ° C betragen, ist jedoch zum Schweißen auf etwa 20.000 ° C beschränkt. Wenn dieser Hochtemperaturbogen auf das Werkstück auftrifft, werden Elektronen und Ionen wieder vereinigt, um atomares und dann molekulares Gas freizusetzen Wärme in dem Prozess, der somit zum Schweißen genutzt wird.
Beim Plasmaschweißen kann jedes Gas verwendet werden, das die Wolframelektrode oder die Kupferdüsenspitze nicht angreift. Argon und Argon-Wasserstoff-Gemisch werden jedoch häufiger verwendet.
Verglichen mit dem GTAW-Verfahren führt das Plasmaschweißen aufgrund seiner hohen Wärmekonzentration zu höheren Schweißgeschwindigkeiten von 40 bis 80%. Das Plasma-Lichtbogenschweißen ist jedoch vergleichsweise ein neues Verfahren und noch nicht sehr beliebt.
Der eigentliche Vorgang des Schweißens mit dem Plasmastrahl ist ein "Schlüsselloch" -Prozess, bei dem der Plasmastrahl auf das Werkstück trifft und durch und durch schmilzt und der Brenner dann in die gewünschte Richtung bewegt wird. Die Schlüssellochmethode gewährleistet somit eine 100-prozentige Durchdringung und ergibt eine 'Weinglas'-Schweißnaht, wie in Abb. 2.10 dargestellt.
Eine Variation des Prozesses, die als Mikro-Plasmaschweißen bezeichnet wird, verwendet einen Strom im Bereich von 0-1 bis 10 Ampere und kann Metall dünner als 1 mm schweißen, während der Bereich für das normale Plasmaschweißen 3 bis 15 mm beträgt.
Das Plasma-Lichtbogenschweißen bietet zwar ein großes Potenzial für die zukünftige Verwendung, hat jedoch einige gravierende Nachteile, z. B. führt der intensive Lichtbogen zu übermäßiger ultravioletter und infraroter Strahlung, die die Haut sogar durch die Kleidung schädigen kann, was eine spezielle Schutzkleidung für den Bediener erfordert. Der Geräuschpegel beträgt dabei etwa 100 dB (Dezibel), was die sichere Arbeitsgrenze von 80 dB für menschliche Ohren bei weitem übersteigt.
Kommerziell sind die Hauptnutzer des Plasmaschweißverfahrens die Luftfahrtindustrie, die Präzisionsinstrumentenindustrie und die Hersteller von Düsentriebwerken. Typischerweise wird das Verfahren zur Herstellung von Rohrleitungen und Rohren aus rostfreien Stählen und Titan verwendet.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 7. Plasma-Mig-Schweißen:
Die Schweißgruppe Philips Research Labs aus Holland hat ein neues Verfahren entwickelt, indem sie die beiden bekannten Verfahren des Plasmaschweißens und des MIG-Schweißens (Metal Inert Gas) mit dem Namen Plasma-MIG-Schweißen kombiniert. Die schematische Darstellung der wesentlichen Merkmale des Prozesses für zwei Arten von Plasma-MIG-Schweißbrennern ist in Abb. 2.11 dargestellt.
Der Plasma-MIG-Prozess unterscheidet sich im Wesentlichen vom bestehenden GMAW-Prozess dadurch, dass der Elektrodendraht von einer Plasmahülle umgeben ist, die die Wärme- und Tropfenübertragung so steuert, dass höhere Geschwindigkeiten und Abscheideraten erreicht werden, als dies mit dem MAW-Prozess möglich ist 2 .12.
Die magnetische Wirkung des Plasmabogens verursacht eine Einengung des Schweißlichtbogens, und die Spritzer werden eliminiert.
Typisch für das Plasma-MIG-Schweißverfahren ist, wenn die Elektrode positiv gemacht wird und oberhalb bestimmter Stromwerte (Übergangsstrom) mit massiven Stahldrahttypen sich zu drehen beginnt. Dieses Phänomen, das bereits für GMAW bekannt ist, kann weitaus besser gesteuert werden, und die Spritzer sind nicht vorhanden, so dass eine Überlagerung bei hohen Geschwindigkeiten möglich wurde.
Das Plasma-MIG-Schweißen kann zum Stumpfschweißen und zum Überlagern eingesetzt werden. Es kann auch zum Schweißen von dünnen und dicken Werkstoffen für milde niedriglegierungsbeständige, rostfreie und hitzebeständige Stähle sowie für NE-Metalle wie Aluminium und Kupfer verwendet werden. Edelstahlbleche mit einer Dicke von 1 bis 8 mm können mit Geschwindigkeiten zwischen 0 und 4 m / min geschweißt werden. Die Vielseitigkeit, die für das Plasma-MIG-Schweißverfahren charakteristisch ist, wird dadurch betont, dass die Schweißparameter für alle diese Schweißnähte praktisch identisch sein können, nur die Schweißgeschwindigkeit wird geändert.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 8. Atomwasserstoffschweißen:
Das atomare Wasserstoffschweißverfahren wurde Mitte der 1920er Jahre erfunden und ähnelt im Prinzip dem Doppelelektroden-Lichtbogenschweißen. Es verwendet zwei Wolframelektroden, die in dem speziellen atomaren Wasserstoffbrenner gehalten werden. Diese Elektroden sind an eine Wechselstromversorgung mit Konstantstrom (Spannungsabfall-Volt-Charakteristik) mit einer Leerlaufspannung von etwa 300 Volt angeschlossen.
Wasserstoffgas wird durch einen Hochtemperatur-Lichtbogen geleitet, der zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird, und spaltet sich folglich in atomare Form auf. Die Reaktion ist endotherm, wobei die Energie vom Lichtbogen geliefert wird.
Wenn atomarer Wasserstoff auf das Werkstück auftrifft, wird es wieder zu molekularem Wasserstoff zusammengeführt und setzt dabei Wärme frei. Die Flamme an der Stelle der Neubildung von molekularem Wasserstoff hat eine Temperatur von etwa 3700 ° C und kann somit zum Schweißen verwendet werden. Falls erforderlich, kann die Füllstange separat verwendet werden (siehe Abb. 2.13).
Die Gasströmungsrate und der Spalt zwischen den Wolframelektroden können jeweils durch den Schalter und den am Brennergriff vorgesehenen Hebel eingestellt werden. Aufgrund der hohen Leerlaufspannung wird der Lichtbogen durch das Fußschütz ausgelöst.
Der fächerförmige Bogen, der zwischen den Elektroden aufrechterhalten wird, ist normalerweise 9 bis 20 mm groß und erzeugt ein scharfes singendes Geräusch. Die in dem Prozess bereitgestellte Wasserstoffatmosphäre führt zu einer Verringerung der Hülle um das geschmolzene Schweißbad und schützt es vor den schädlichen Einflüssen von Luftsauerstoff und Stickstoff. Dies führt zu guten Schweißnähten.
Das Verfahren wurde in früheren Tagen umfangreich eingesetzt, findet jedoch in der Industrie derzeit einen eingeschränkten Einsatz. Typische Anwendungen des Prozesses umfassen die Herstellung von legierten Stahlketten und die Reparatur von Werkzeugen und Werkzeugstahlkomponenten.
Lichtbogenschweißprozess Nr. 9. Bolzenschweißen:
Hierbei werden Bolzen (ein Gewindebolzen ohne Kopf) oder bolzenartige Teile (z. B. Bolzen, Schrauben, Nieten, Stangen usw.) an flache Werkstücke wie Platten geschweißt. Es ist ein einzigartiges Verfahren, das Lichtbogen- und Schmiedeschweißverfahren kombiniert und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Bohren und Gewindeschneiden enorme Kosteneinsparungen erzielt.
Das Bolzenschweißen wurde erstmals 1918 von der britischen Marine eingesetzt, aber sein regelmäßiger und umfangreicher Einsatz begann im Jahr 1938. Es gibt vier Varianten des Verfahrens: Kondensatorentladungsbolzenschweißen, Ziehbogenentladungskondensatorentladungsbolzenschweißen, Verschleißstiftbolzenschweißen und das gezogene Lichtbogenbolzenschweißen. Die letzte Variante des Prozesses ist die populärste und die folgende Beschreibung bezieht sich nur darauf.
Die Hauptausrüstung für das Bolzenschweißen besteht aus einer Bolzenschweißpistole, einer Zeitsteuereinheit, einer Gleichstromquelle mit einer Stromkapazität von 300 bis 600 Ampere, Bolzen und Keramikringen.
Ein Bolzen in der Schweißpistole und eine Ferrule werden darauf geschoben. Der Bolzen berührt dann die gereinigte Stelle (kugelgestrahlt, geschliffen oder drahtgebürstet), an der sie geschweißt werden soll, und der Schalter in Form eines Pistolenabzugs wird gedrückt, und der Vorgang ist in wenigen Sekunden abgeschlossen.
Dies erfordert die Verwendung einer Ultrahochgeschwindigkeitsstromquelle, um den gewünschten Schweißstrom zuzuführen. Ein Bolzen mit einem Durchmesser von etwa 40 mm erfordert einen Strom von etwa 5000 Ampere bei 65 bis 70 Volt für 2 Sekunden. Motorgeneratorsätze mit höheren Überlastfähigkeiten werden daher den Gleichrichterschweißsätzen vorgezogen. Abb. 2.14 zeigt das Schaltbild für das Bolzenschweißen und Abb. 2.15 zeigt die Arbeitsschritte im Prozess.
Abb. 2.14 Schaltplan für das Bolzenschweißen
Abb. 2.15 Schritte beim Bolzenschweißen
Für ein effizientes Ergebnis muss die Platte, auf die der Bolzen geschweißt werden soll, eine Mindestdicke von mindestens 20% des Durchmessers des Bolzens haben. Für die Entwicklung der vollen Festigkeit sollte sie jedoch nicht weniger als 50% des Durchmessers des Bolzensockels betragen.
Stollen werden in vielen Größen und Formen hergestellt, jedoch beträgt der maximale Stollendurchmesser normalerweise etwa 25 mm. Der Strombedarf variiert mit dem Stollendurchmesser und Tabelle 2.3 enthält die erforderlichen Richtlinien.
Die verwendeten Hülsen bestehen aus Keramik- oder Porzellanmaterial und variieren je nach gewünschter Verbindungskonfiguration in der Form. Eine Ferrule dient mehreren Zwecken: Sie konzentriert zum Beispiel die Abheilung in der Bogenzone, beseitigt Spritzer, schützt den Bediener vor schädlichen Lichtstrahlen, schützt das geschmolzene Schweißbad vor der umgebenden Atmosphäre und hilft, der Schweißnaht die gewünschte Form zu geben Joint. Die Ferrule wird kurz nach Ende der Operation durch einen Spanhammer gebrochen.
Bolzenschweißen wird hauptsächlich für Weichstahl, niedriglegierte Stähle und austenitische Edelstähle verwendet. Das Bolzenschweißen mit gezogenem Lichtbogen wird nicht für Nichteisenmetalle verwendet, aber andere Varianten des Verfahrens können zum Schweißen von bleifreiem Messing, Bronze, verchromten Metallen und Aluminium verwendet werden. Wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen werden jedoch nicht für das Bolzenschweißen empfohlen.
Typische Anwendungen für das Bolzenschweißen umfassen Stahldecks von Schiffen zum Befestigen von Klammern, Aufhängern, Abdeckplatten, Leitungen, Rohrleitungen usw. an Metallwerkstücken. Das Verfahren findet auch breite Anwendung in der Automobilindustrie und in der Bauindustrie.
Lichtbogenschweißverfahren Nr. 10. Elektroschlackenschweißen:
Beim Elektroschlackeschweißen werden schwere Stahlprofile in einem Arbeitsgang zusammengefügt. Das Verfahren wurde Anfang der fünfziger Jahre im Paton Welding Institute, Kiew (UdSSR), erfunden und wird in der schweren Eisenindustrie intensiv eingesetzt.
Die Prozessausrüstung umfasst eine Drahtzuführeinheit, eine Stromversorgungsquelle und ein Paar Kupferhalteschuhe, um ein Verschütten von geschmolzenem Metall an den Plattenenden zu vermeiden. Ein wesentliches Merkmal des Prozesses ist, dass das Schweißen mit der Schweißnaht in vertikaler Position erfolgt.
Dies erfordert die Verwendung von Einrichtungen zum Anheben der Drahtvorschubeinheit und des Brenners mit fortschreitendem Schweißen. Abb. 2.16 zeigt die wesentlichen Merkmale eines Elektroschlacke-Schweißprozesses. Sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromquellen werden mit einer Nennleistung von 1000 Ampere bei einer Leerlaufspannung von 55 Volt und einem Tastverhältnis von 100 Prozent verwendet.
Das Elektroschlacke-Schweißverfahren wird mit einem Lichtbogen eingeleitet und folgt der Zugabe von Flussmittel. Sobald sich jedoch der Widerstand für das Schmelzen des Zuführdrahts stabilisiert, wird der Widerstand der geschmolzenen Schlacke, die das Schweißbad bedeckt, bereitgestellt, wodurch auch ein Kontakt zwischen der Atmosphäre verhindert wird Gase und das geschmolzene Metall.
Das Elektroschlacke-Schweißverfahren weist drei Varianten auf: Einzel- und Mehrdrahttyp, Plattentyp und Führungsart für Verbrauchsmaterial. Es kann zum Schweißen von Platten mit einer Dicke von 20 mm bis 400 mm verwendet werden. Das Verfahren findet umfangreiche Anwendung beim Bau von Druckbehältern, Pressenrahmen, Wasserturbinen- und Grobblechherstellungsindustrien.
Lichtbogenschweißprozess Nr. 11. Elektrogasschweißen:
Die Ausrüstung für das Elektrogasschweißen ähnelt derjenigen für das Elektroschlackeschweißen. Das Elektrogasschweißen ist jedoch ein Lichtbogenschweißverfahren und ergibt Schweißnähte mit Eigenschaften, die denen des Unterpulverschweißens ähneln.
Das Elektrogasschweißen verwendet die vertikale Ausrichtung der Schweißverbindung und verwendet Kupferschuhe, um das geschmolzene Metall am Ende der Plattenbreite in Form zu halten, wie beim Elektroschlackeschweißen. Der Draht, der beim Elektrogasschweißen verwendet wird, ist jedoch vom Flussmittel-Typ, der das Schweißbad nur minimal bedeckt. Zusätzlicher Schutz wird normalerweise durch die Verwendung von CO 2 oder argonreichem Schutzgas bereitgestellt.
Die Bewertung der Ausrüstung entspricht der von Gasmetall-Lichtbogenschweißgeräten. Das Tastverhältnis der Stromquelle muss jedoch 100% betragen, da es sich um einen kontinuierlichen Betrieb handelt. Die wesentlichen Merkmale eines Elektrogas-Schweißaufbaus sind in Abb. 2.17 dargestellt.
Im Gegensatz zum Elektroschlacke-Verfahren kann das Elektrogas-Schweißverfahren nach einer Unterbrechung problemlos gestartet oder neu gestartet werden. Es kann auch ohne die Verwendung eines Starterblocks gestartet werden.
Das Elektrogasverfahren wird hauptsächlich zum Schweißen von Metalldicken von 12 bis 75 mm verwendet - mehr im unteren Bereich. Typischerweise wird das Verfahren im Schiffsbau und bei der Standortherstellung von Lagertanks eingesetzt.
