Untersuchungen zum Schweißen mit Metallpulver-Fülldraht am Rohr

10.2015 Dr.-Ing. Birger Jaeschke

Inhalt des Vortrages

• Motivation

• Mess- und Versuchsaufbau

• Methodik der Datenauswertung

• Erste Ergebnisse

Motivation

C % Si % Mn % Mo % Ni % Pol. Gas Re MPa

Böhler

NiMo 1-IG

0.08 0.6 1.8 0.3 0.9 = [+]

KLB

M21 >550

Oerlikon

Fluxofil M 10 PG

KLB

KLB

0.04 0.8 1.8 = [-]

SLB

= [+]

KLB

= [-]

KLB

M21 >460

Technischer Nullspalt

Erhöhung der Wirtschaftlichkeit

Erste Erkenntnisse

Wurzel : NiMo1 [+], Fluxofil[+], Fluxofil[-]

Kurzlichtbogen ist mögliche Wahl

Es sind energetische Unterschiede spürbar

Wir müssen genau hinschauen

Am Rohr PPS-Pipelinsystems 98693 Ilmenau Am Vogelherd 42

D 1220mm t 19mm L485MB

Versuchseinrichtung

Versuchseinrichtung

Oerlikon BCW30 Stickout ca. 12mm M21, ca. 18L/min Kantenvorbereitung: - Tulpe (U), ca. 6mm Stegbreite - Stumpfstoß, Steghöhe 1-(..3)mm - Ca. 10 Grad Nahtöffnungswinkel - Wandstärke 19 mm Material: L485MB abgewertet

Feinparameterisierung

Stromquelle Lorch S-3 mobil

Schweißen

Risiko des Ingenieurs

Datenaufnahme u(t), i(t) Oszilloskop LeCroy Waverunner 64Xi, 2x250Ks/s (4µs), 20s, 12 Bit, ca. 100 Mbyte

u(t): Passiver Tiefpass 1. Ordnung, Tau=50µs + Differential Probe LeCroy ADP305

i(t): Verstärker TektronikTCPA400 + Stromsensor TektronikTCP404XL 500A, 2MHz

Datenverarbeitung u(t), i(t)

Batch-Datenvorverarbeitung: - Datenzusammenführung - Impedanzkompensation - Filterung und Komprimierung

Datenauswertung und Dokumentation: - Algorithmische Datenverarbeitung - Datendarstellung (Kennwerte,

Diagramme)

Datenbasis u(t), i(t)

Böhler NiMo1-IG = [+]

Oerlikon Fluxofil M10 PG = [-]

+ weitere Messungen

Dichte-Verteilungen, Trigger, Mittelwerte

R_hks

U_avr

U_trig

u(t), i(t), r(t)

Dauer von LB und KS

Vergleiche h[u(n)] NiMo 1-IG = [+] = [+] Fluxofil M 10 PG = [ - ]

Vergleiche LB-Feldspannungen h[u_F(n)] NiMo 1-IG = [+] = [+] Fluxofil M 10 PG = [ - ]

Vergleiche h[r(n)] NiMo 1-IG = [+] = [+] Fluxofil M 10 PG = [ - ]

Übersichten

Erkenntnisse von Schweißungen PA

NiMo 1 = [+] Fluxofil = [+] Fluxofil = [ - ]

U_avr [V] 18,14 16,14 13,78

I_avr [A] 162,8 193,6 199,6

P_in [W] 2885 3005 2581

R_draht [Ohm] 0,024 0,019 0,019

U_F_LB [V] 17,55 14,68 12,8

KS/LB-Freq, [Hz] 66 64 134

vT_LB 0.81 0.84 0.79

P_I^2R [W], [%] 683 ; 23 764 ; 25 889 ; 34

P_IULB [W], [%] 2202 ; 77 2241 ; 75 1691 ; 66

subjektiv * ** ***

Schweißen 180°

Schweißen 180° Reaktionen auf unterschiedliche Richtung der Erdanziehungskraft: - KS/LB-Freq - vT_LB - I^2R - P_IULB

1‘

2‘

3‘

4‘

5‘

Dynamik-Verstellung Dyn. -15

Dyn. 0

Dyn. +15

Vergleiche in PA

Dynamik-Verstellung Dyn. -15

Dyn. 0

Dyn. +15

Dynamik-Verstellung Dyn. -15

Dyn. 0

Dyn. +15

Dynamik-Verstellung

Dyn. -15

Fluxofil = [+] Dyn. 0

Dyn. +15

U_avr [V] 16,69 16,13 15,9

I_avr [A] 197,8 193,4 194,7

P_in [W] 3217 2998 2941

R_draht [Ohm] 0,019 0,019 0,02

U_F_LB [V] 14,88 14,62 14,54

KS/LB-Freq, [Hz] 43 64 79

vT_LB 0,87 0,84 0,82

I^2R [W], [%] 768 ; 24 749 ; 25 833 ; 28

P_IULB [W], [%] 2449 ; 76 2249 ; 75 2108 ; 72

subjektiv weicher <---> härter

Wurzeln Dyn. -15 PA Fluxofil = [+]

Dyn. 0 PA Fluxofil = [+]

Dyn. +15 PA Fluxofil = [+]

Fazit der Messauswertung

• Der Metallpulverfülldraht hat einen geringeren ohmschen Widerstand als der Massivdraht (kalt und heiß)

• Die physikalische Lichtbogenbrennspannung sinkt in Abhängigkeit von den verwendeten Drähten/Polaritäten in der Reihenfolge: NiMo1 [+] Fluxofil [+] Fluxofil [-]

• Hauptsächlich der Polaritätswechsel führt zu einer Veränderung der Leistungsbilanz

• Fluxofil [+] / [-] zeigt deutliche Unterschiede (in der Naht)

• Die Kurzschlussfrequenz stellt sich bei Fluxofil [-] deutlich höher ein

• Die Prozesseigenschaften ändern sich positionsabhängig

• Die Prozesseigenschaften lassen sich durch geänderte Prozessführung über die Stromquelle gegensteuern ( „Dynamik“)

• Eine vorteilhafte Optimierung der Prozessregelungsparameter der Stromquelle auf M/D/G/Pol. ist sinnvoll (physikalisch begründbar)

War das schon alles?

Vergleiche

Fluxofil = [ - ] NiMo 1 = [+]

HG-Videoaufnahmen

Aufnahme Thermoprofil

Untersuchungen i.B.

Untersuchungen zum Schweißen mit Metallpulver-Fülldraht am Rohr

• der untersuchte Metallpulverfülldraht Oerlikon Fluxofil M10 PG zeigt

Potenzial in [-], die Schweißzeiten zu senken

• die Schweißstromquelle kann dies mit angepasster Prozessführung, Parameterisierung und Funktionalität unterstützen

• Wichtig: angepasstes Gesamt-Set-Up

• weitere schweißprozesstechnische Untersuchungen und Optimierungen sind noch erforderlich