Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die gro\u00dfen Vorteile beim WIG-Schwei\u00dfen liegen in der relativ geringen W\u00e4rmeeinbringung bei einer sehr guten Schmelzbad-Abdeckung, einem ruhigen, nahezu spritzerfreien Schwei\u00dfprozess und der dadurch m\u00f6glichen guten Nahtoberfl\u00e4che, wodurch die Kosten f\u00fcr eine Nacharbeit deutlich reduziert werden k\u00f6nnen. Diesen technologischen Vorteilen steht im Vergleich zu konkurrierenden Lichtbogenschwei\u00dfverfahren, hier insbesondere dem MIG\/MAG-Schwei\u00dfen, bisher die deutlich geringere Produktivit\u00e4t gegen\u00fcber. Kennzeichen daf\u00fcr sind die deutlich geringeren Vorschubgeschwindigkeiten des Schwei\u00dfbrenners. Vor diesem Hintergrund bestand bei dem Entwicklungsvorhaben das Ziel, die Produktivit\u00e4t des WIG-Schwei\u00dfens gegen\u00fcber dem Stand der Technik deutlich zu verbessern. Dies sollte durch die Entwicklung eines High-Speed-WIG-Brenners umgesetzt werden, mit dem die Schwei\u00dfgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden kann. Als umweltrelevante Zielsetzung galt es, den Gasverbrauch des neuen Brennersystems zu senken. Die Entwicklungsschwerpunkte lagen in der konstruktiven Ausgestaltung eines neuen Brennerkopfes sowie den verfahrentechnischen Untersuchungen zur Prozesssteuerung.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine Steigerung der WIG-Schwei\u00dfgeschwindigkeit l\u00e4sst sich nur \u00fcber eine h\u00f6here Konzentration des Lichtbogens erreichen. Die ersten entwickelten Brenner f\u00fchrten nicht zu den gew\u00fcnschten Ergebnissen bez\u00fcglich Schutzgasabdeckung des Schmelzbades. Deshalb wurde ein neues Brennerkonzept erarbeitet und unterschiedliche Schutzgasformen und -gr\u00f6\u00dfen mit differenzierten Str\u00f6mungsprofilen hergestellt und getestet. Um eine optimale Fokussierung des Gasstrahles und der Lichtbogenstrecke zu erreichen, war es n\u00f6tig, Zentrumsgasd\u00fcsen zu entwickeln. Alle Zentrumsgasd\u00fcsen wurden ausf\u00fchrlich schwei\u00df-technisch untersucht, wobei eine Vielzahl von Einflussfaktoren variiert werden musste (Positionierung der Wolfram-Elektroden; Abmessungen der Zentrumsgasd\u00fcsen; Schutzgasarten und Schutzgasmengen).
\nDie schwei\u00dftechnischen Versuche wurden an Chrom-Nickel-Blechen der Abmessungen 500\/250 x 80 x 2\/5 mm ausgef\u00fchrt. Gerade diese Werkstofftypen sind gute Indikatoren f\u00fcr die Schwei\u00dfbereichs-Oxidation und W\u00e4rmeeinbringung beim Schwei\u00dfen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit dem neuen High-Speed-WIG-Brenner sind hohe Schwei\u00dfgeschwindigkeiten zu erreichen. Sehr gut haben sich die zylindrischen und konischen Zentrumsgasd\u00fcsen mit zus\u00e4tzlichen Fokussierbohrungen bew\u00e4hrt. Zu weit \u00fcber die Zentrumsgasgasd\u00fcse hervorstehende Wolfram-Elektroden sind zu vermeiden und nicht zu empfehlen. Die Wolfram-Nadel sollte b\u00fcndig oder bis zu 1 mm vor der Zentrumsgasd\u00fcse positioniert werden. Die Zentrumsgasd\u00fcse wird dadurch thermisch nicht hoch belastet, das Zentrumsgas hervorragend fokussiert und in einem geb\u00fcndelten Parallelstrahl zum Werkst\u00fcck gef\u00fchrt.
\nMit dem High-Speed-WIG-Brenner ist es deshalb m\u00f6glich, Materialien im Stumpfsto\u00df in einer Lage mit Schwei\u00dfgeschwindigkeiten von bis zu 500mm\/min \u00e4u\u00dferst wirtschaftlich zu verbinden.
\nDabei werden zwar nicht ganz die Schwei\u00dfgeschwindigkeiten des Laserschwei\u00dfens erreicht, daf\u00fcr m\u00fcssen die Nahtvorbereitungen bez\u00fcglich der Nahttoleranz aber bei weitem nicht so exakt sein. Die Spalt\u00fcberbr\u00fcckbarkeit des High-Speed-WIG-Brenners ist wesentlich besser als beim Laser. Die Nahtvorbereitung ist deshalb nicht so aufwendig.
\nDie Entwicklung und der Einsatz dieses neuartigen Brennersystems f\u00fchrt f\u00fcr den Anwender nicht nur zu wirtschaftlichen Vorteilen, sondern hat auch eine besondere Umweltrelevanz.
\nDer typische Schutzgasverbrauch f\u00fcr einen leistungsstarken WIG-Brenner betr\u00e4gt etwa 10 bis 12 l\/min. Der neuentwickelte Brenner High-Speed-WIG hat aufgrund der Gasf\u00fchrung im Brenner und der zus\u00e4tzlichen Zentrumsgasmenge einen geringeren Schutzgasverbrauch. Die ben\u00f6tigte Schutzgasmenge beim Schwei\u00dfen f\u00fcr eine gute Schmelzbadabdeckung liegt bei 6 bis 8 l\/min. Als Zentrumsgas werden noch einmal ca. 2 bis 4 l\/min ben\u00f6tigt, so dass sich als Summe 8 bis 10 l\/min. ergeben. Diese Menge liegt un-terhalb der Schutzgasmenge der nach dem Stand der Technik gebauten leistungsstarken WIG-Brenner.
\nAber nicht nur der Gasverbrauch pro Zeiteinheit ist beim High-Speed-WIG-Brenner vorbildlich, sondern auch der absolute Verbrauch f\u00fcr eine Schwei\u00dfaufgabe. So kann davon ausgegangen werden, dass die Schwei\u00dfzeit beim Stichlochschwei\u00dfen z. B. f\u00fcr ein 6 mm dickes Blech oder Bauteil nur etwa 30 % der WIG-Schwei\u00dfzeit ausmacht. Hinzu kommt, dass der Verbrauch an Zusatzwerkstoffen ebenfalls drastisch reduziert wird. Beim WIG-Schwei\u00dfen muss die gesamte V-Naht wieder mit Zusatzwerkstoff aufgef\u00fcllt werden, w\u00e4hrend beim Stichlochschwei\u00dfen mit dem High-Speed-WIG-Brenner lediglich der die Nahtunterw\u00f6lbung ausmachende Teil ausgeglichen werden muss. Die Verringerung des Zusatzwerkstoffes ist etwa mit 70 bis 80 % anzusetzen. Nat\u00fcrlich entf\u00e4llt dabei auch die teure V-Nahtvorbereitung.
\nDer Preisunterschied des High-Speed-WIG-Brenners zu herk\u00f6mmlichen WIG-Brennern ist \u00e4u\u00dferst gering, da der High-Speed-WIG-Brenner aus Standardteilen der WIG-Brenner hergestellt wird. Lediglich eine zus\u00e4tzliche Gasf\u00fchrung und die Befestigung f\u00fcr die Zentrumsgasd\u00fcse ist erforderlich. F\u00fcr diesen Mehraufwand werden besondere wirtschaftliche Vorteile erhalten.
\nDie Zusatzwerkstoffe k\u00f6nnen manuell oder \u00fcber ein Drahtvorschubsystem dem Schwei\u00dfprozess zugef\u00fchrt werden. Besonders bew\u00e4hrt hat sich ein Planetenvorschubger\u00e4t, das eine wesentlich bessere Kraft\u00fcbertragung als die \u00fcblicherweise eingesetzten Vorschubeinheiten auf den Draht aus\u00fcbt. Selbst bei weichem Drahtmaterial wird eine Drahtverformung vermieden; eine exakte, reproduzierbare Einstellung wird erreicht. Auch bei ung\u00fcnstigen Verh\u00e4ltnissen sind \u00fcber gr\u00f6\u00dfere Distanzen keine F\u00f6rderschwierigkeiten zu erwarten. Zus\u00e4tzlich kann auch noch ein push\/pull-System genutzt werden. Die notwendigen Halterungen zur genauen Drahtpositionierung stehen zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es ist vorgesehen, in Fachzeitschriften Aufs\u00e4tze \u00fcber diese Brennerentwicklung zu platzieren. Au\u00dferdem werden Experimental-Vortr\u00e4ge unter Einschaltung des Deutschen Verbandes f\u00fcr Schwei\u00dftechnik (wissenschaftlicher Verein) angeboten. Eine Information f\u00fcr Fachh\u00e4ndler ist vorgesehen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das vorgesehene Forschungsziel wurde erreicht. Es wird ein Weg aufgezeigt, die Wirtschaftlichkeit beim Einsatz der jetzt auf dem Markt befindlichen WIG-Brenner deutlich zu verbessern, ohne dass sich die Kosten f\u00fcr die Herstellung nennenswert erh\u00f6hen. Dabei wurde noch der Effekt eines geringeren Gas-verbrauchs beim Schwei\u00dfen realisiert, also eine M\u00f6glichkeit geschaffen, mit den Rohstoffressourcen sorgf\u00e4ltiger umzugehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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