Lichtbogenschweißen

Trotz vielfältiger neuer Entwicklungen im Bereich der Schweißtechnik werden mit  konventionellen Lichtbogenverfahren nach wie vor die meisten industriellen Schweißaufgaben gelöst. Der zunehmende Wettbewerb durch hochtechnisierte Verfahren wie dem Laser und dem Elektronenstrahl sowie neue Werkstoffkonzepte und Werkstoffkombinationen stellen Herausforderungen an den Verarbeitungsprozess dar und treiben auch die Entwicklung auf dem Markt der Lichtbogenschweißverfahren voran.

In der Abteilung Lichtbogenschweißen des Institutes für Schweißtechnik und Fügetechnik werden neben den unten genannten modernen auch Verfahren wie das klassische MSG-Schweißen, das WIG und Plasmaschweißen, konventionelle Unterpulvertechnologie, bis hin zu den industriell nicht mehr bekannten Senkrechtschweißverfahren Elektrogas- und Elektroschlackeschweißen vorgehalten und sowohl in öffentlich geförderten Projekten (grundlagen- und  anwendungsorientiert) wie auch in direkten Industriekooperationen angewendet. Die bearbeiteten Themen beinhalten zum Beispiel die Anwendung geregelter Kurzlichtbogenprozesse zum Wurzelschweißen, die Weiterentwicklung von Schweißverfahren und –geräten, das thermische Fügen von Aluminium an Stahl sowie die Entwicklung von neuartigen Beschichtungswerkstoffen.

Trotz vielfältiger neuer Entwicklungen im Bereich der Schweißtechnik werden mit  konventionellen Lichtbogenverfahren nach wie vor die meisten industriellen Schweißaufgaben gelöst. Der zunehmende Wettbewerb durch hochtechnisierte Verfahren wie dem Laser und dem Elektronenstrahl sowie neue Werkstoffkonzepte und Werkstoffkombinationen stellen Herausforderungen an den Verarbeitungsprozess dar und treiben auch die Entwicklung auf dem Markt der Lichtbogenschweißverfahren voran.

In der Abteilung Lichtbogenschweißen des Institutes für Schweißtechnik und Fügetechnik werden neben den unten genannten modernen auch Verfahren wie das klassische MSG-Schweißen, das WIG und Plasmaschweißen, konventionelle Unterpulvertechnologie, bis hin zu den industriell nicht mehr bekannten Senkrechtschweißverfahren Elektrogas- und Elektroschlackeschweißen vorgehalten und sowohl in öffentlich geförderten Projekten (grundlagen- und  anwendungsorientiert) wie auch in direkten Industriekooperationen angewendet. Die bearbeiteten Themen beinhalten zum Beispiel die Anwendung geregelter Kurzlichtbogenprozesse zum Wurzelschweißen, die Weiterentwicklung von Schweißverfahren und -geräten, das thermische Fügen von Aluminium an Stahl sowie die Entwicklung von neuartigen Beschichtungswerkstoffen.

Innovationen im Bereich des Lichtbogenschweißens bestehen heute recht durchgängig in der Entwicklung von Verfahrensmodifikationen zur Absenkung der Streckenenergien als Reaktion auf hoch- und höchstfeste Werkstoffe und die damit einhergehende Reduzierung von Blechdicken. Die Nutzung von bisher als instabil geltenden Leistungsbereichen der MSG-Lichtbögen bringt neue, auf modernen Signalprozessoren basierende  Regelungs- und Steuerungskonzepte in den Stromquellen mit sich, die auch hier stabile und spritzerarme Prozesse liefern.

Der Einsatz von Drahtelektroden aus niedrigschmelzenden Kupferbasiswerkstoffen stellt eine weitere Möglichkeit zur Absenkung der Streckenenergien dar. Verwendet werden konventionelle MSG-Stromquellen. Das vergleichsweise niedrige Temperaturniveau und sowie die fehlende Anschmelzung des Grundwerkstoffs machen das MSG-Lichtbogenlöten zu einem Verfahren, das sich durch geringe Wärmeeinbringung, niedrigen Verzug und reduzierten Abbrand von Zinkbeschichtungen sehr gut für die Verarbeitung dünner Bleche eignet. Durch Auswahl geeigneter Lotwerkstoffe und eine angepasste Prozessführung ist auch das werkstoffgerechte Fügen hoch und höchstfester Feinkornbaustähle möglich.  Die Möglichkeit des Eigenspannungsabbaus durch lokale Plastifizierung der relativ duktilen Lotwerkstoffe unter schwingender Beanspruchung wirkt sich positiv auf die Dauerfestigkeit aus.

Die absolut eingebrachte Wärmemenge kann auch über digitale geregelte Kurzlichtbogenprozesse minimiert werden.  Allen Prozesse dieser Familie, die auf dem Markt sind, gemeinsam ist der Werkstoffübergang im Kurzschluss und der periodisch erlöschende Lichtbogen. Die Lichtbogenbrennphase dient hier ausschließlich dem Aufschmelzen von Grund- und Zusatzwerkstoff, der Werkstoffübergang erfolgt bei stark abgesenkten elektrischen Parametern ohne brennenden Lichtbogen im Kurzschluss.

MSG-Prozesse werden üblicherweise mit positiv gepolter Drahtelektrode betrieben. Diese Schaltung erlaubt hohe Einbrände bei gleichzeitig guter Prozessstabilität. Bei negativ gepolter Drahtelektrode steigt dagegen bei gleicher umgesetzter elektrischer Leistung die Abschmelzleistung und der Einbrand geht zurück. Gleichzeitig sinkt die Stabilität des Prozesses selber. Durch Anwendung der Wechselstromtechnik lassen sich die Vorteile einer negativen Drahtpolung nutzen, ohne eine Destabilisierung des Prozesses in Kauf nehmen zu müssen.  Ãœber den zeitlichen Anteil der Negativphase lassen sich Einbrand und Energieeintrag in den Grundwerkstoff steuern.

Auch beim Unterpulverschweißen werden zunehmend dünnere Drähte und in neueren Modifikationen auch stromlose Drähte eingesetzt, um die eingebrachte Streckenenergie zu reduzieren.