A138

Untersuchung der Einsetzbarkeit einer modifizierten UP-Dünndrahttechnologie zur Effektivitätssteigerung beim Schweißen von wärmeempfindlichen bzw. hochfesten Stählen im Schiffbau


(A138 S24/14/99 - P 473/04/2000)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Januar 2000 - 31. Dezember 2001

Die Unterpulver(UP-)-Dünndrahttechnologie beim Schweißen ist durch die Verwendung einer dünnen Drahtelektrode mit 1,2mm Durchmesser gekennzeichnet. Diese Elektrode wird mit hohen Geschwindigkeiten bis zu 30m/min gefördert. Der spezifische Energieaufwand zum Abschmelzen gleicher Massen an Elektrodenwerkstoff ist dabei wesentlich geringer als bei der Verwendung von Drahtelektroden mit herkömmlichen, dickeren Durchmessern. Wird eine gleiche Abschmelzleistung angestrebt, verringert sich die Streckenenergie beim Einsatz der dünneren Drahtelektrode im Vergleich zur bisher üblicheren dickeren Elektrode.

Das UP-Dünndrahtverfahren ist geeignet für Schweißaufgaben, die bei hohen Anforderungen an  die Schweißnahtgüte eine deutliche Absenkung der Streckenenergie zum Beispiel zur Minimierung des Schweißverzugs und/oder eine erhöhte Abschmelzleistung erfordern.

Mit systematischen Schweißversuchen wurden im Forschungsprojekt die Grenzen und Möglichkeiten des UP-Dünndrahtverbindungsschweißens für die Anwendung im Schiffbau aufgezeigt. Untersucht wurden Einseiten-, Kehlnaht- und Lage/Gegenlage-Schweißungen an drei Grundwerkstoffen mit unterschiedlichen Drahtelektroden und Schweißpulvern. Die Blechdicken wurden zwischen 3 und 20mm variiert.

Bei Einsatz des Dünndrahtverfahrens können die mechanisch-technologischen Anforderungen in der Wärmeeinflusszone und der Schmelzlinie für den hochfesten Schiffbaustahl S 355G3S (1.0589, GL-E 36) erfüllt werden. Gleiches gilt auch für den zusätzlich untersuchten thermomechanisch gewalzten Stahl S 460M (1.8827) und den wasservergüteten Feinkornbaustahl S690QL (1.8988). Hier können durch das neue Verfahren die erforderlichen t8/5-Abkühlzeiten gut eingehalten werden.

Das UP-Dünndrahtschweißen eignet sich für das Fügen hochfester oder entmischungsempfindlicher Stähle sowohl in der Lage-/ Gegenlagetechnik als auch in der Mehrlagentechnik, da gegenüber dem UP-Normalschweißverfahren zumindest gleichwertige oder verbesserte Verzugswerte nachgewiesen wurden.

Eine Grundanforderung des Verbindungsschweißens im Stumpfstoß bei geringen Blechdicken und minimalem Aufwand bei der Schweißnahtvorbereitung ist ein ausreichender Einbrand. Die UP-Dünndrahttechnologie weist aufgrund der im Vergleich zu den herkömmlichen Drahtdurchmessern durchschnittlich niedrigeren Schweißstromstärke einen geringeren Einbrand auf als Normalverfahren. Mit zunehmender Blechdicke wird daher die zulässige Toleranz in der Nahtvorbereitung hinsichtlich des Spaltabstandes kleiner als ± 1mm. Bei einem notwendigen mittleren Spaltabstand von 1mm entspricht dies bei einer Blechdicke von 10mm nicht mehr der Praxisanforderung an die Nahtvorbereitungstoleranz. Unterhalb einer Blechdicke von rund 8mm bei I-Nahtvorbereitungen ermöglicht ein mittlerer Spaltabstand von etwa 1mm mit Toleranzen von ± 1mm (Spalte zwischen 0 und 2mm) die Ausbildung einer optimalen Nahtgeometrie mit ausreichender Nahrüberschneidung zur Vermeidung von Bindefehlern. Für größere Blechdicken ist eine Y- oder Doppel Y-Nahtvorbereitung erforderlich. Die hierbei entstehenden größeren Nahtvolumina können durch die hohe Abschmelzleistung gut aufgefüllt werden. Grundsätzlich lässt sich durch eine Verlängerung des freien Drahtendes, die dann eine Modifikation der Anlage zur genauen Führung des dabei teigig werdenden Drahtes erforderlich macht, eine weitere Steigerung der Abschmelzleistung gewährleisten.

Die in dem Forschungsprojekt erarbeiteten Ergebnisse zeigen die Einsatzmöglichkeiten der UP-Dünndrahttechnologie auf. Mit einer Anwendung in der Industrie ist in der Zukunft zu rechnen. Zukünftige weitere Anwendung könnte die UP-Dünndrahttechnologie beim Schweißen von Kehlnähten, etwa als Korrosionsschutz mit Nahtdicken (a-Maße) von 2mm und geringer finden.

Forschungsstelle 1:
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen
www.isf-aachen.de
 
Forschungsleiter 1:

(vorgelegt vom Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V. , Hamburg, VSM für CMT)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V..

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF