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Einlagiges Lichtbogenschweißen von dicken Stahlpatten

Einführung

Die Produktivitätssteigerung ist nach wie vor das Hauptziel der meisten metallverarbeitenden Unternehmen. Die Produktivität des Lichtbogenschweißens kann durch den Einsatz von Schweißtechniken verbessert werden, die eine größere Eindringtiefe und höhere Abschmelzraten ermöglichen. 

Eine Variante des Metall-Aktivgasschweißens (MAG), bekannt als D-Arc®, die von der DAIHEN Corporation entwickelt wurde, ist ein Schritt in diese Richtung. Dieses Verfahren basiert auf den Prinzipien des MAG-Schweißprozesses, arbeitet jedoch mit deutlich höheren Strömen und Drahtvorschubgeschwindigkeiten. Dabei ist das Erzielen ausreichender Eigenschaften in der Wärmeeinflusszone (WEZ) von entscheidender Bedeutung, um eine breitere Akzeptanz des Verfahrens in der Industrie zu erreichen. Vor diesem Hintergrund führte das TWI eine Untersuchung der Möglichkeiten des D-Arc®-Schweißens und der Auswirkung einer relativ hohen Wärmeeinbringung in Verbindung mit diesem Verfahren auf Härte und Zähigkeit der resultierenden Schweißverbindungen bei einer Reihe von Stahlsorten durch.

Ziele

Das Ziel dieser Untersuchung war es, herauszufinden, ob es durch die hohen Metallauftragsraten und den tiefen Einbrand, die mit dem D-Arc®-Schweißen erzielt werden können, möglich ist, Stahlbleche von bis zu 20 mm in einem einzigen Schweißdurchgang und ohne signifikante Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften in der Schweißnaht und in der WEZ erfolgreich verbinden.

Versuchsprogramm

Es wurden zwei Gruppen von Schweißversuchen durchgeführt: Der erste Satz zielte darauf ab, den Einfluss des D-Arc®-Schweißens auf die Zähigkeit des mit hochfesten Schweißzusätzen hergestellten Schweißguts zu verstehen. Geschweißte Proben wurden mit hochfesten Metallkerndrähten (E90T und E110T) unter reinem Kohlendioxidschutzgas hergestellt, um den Einfluss des D-Arc®-Schweißens auf die resultierende Härte und Zähigkeit des Schweißguts zu verstehen. Es folgten dann Schweißversuche an mittelfesten (S355J2 und S460N) Baustahlblechen mit einer Dicke von 20 mm, um den Einfluss einer hohen Wärmeeinbringung auf die Zähigkeit und Härte des Schweißguts in der WEZ zu verstehen.

 

Ergebnisse

Die begrenzte Anzahl von Schweißversuchen und Tests, die in diesem Versuchsprogramm durchgeführt wurden, demonstrierten die Fähigkeit des D-Arc®-Verfahrens, einlagige Schweißungen mit voller Durchdringung an 20 mm dicken Stumpfstößen mit Unterstützung zu erzeugen. Die erzeugten Schweißnähte waren ohne nennenswerte Spritzer oder Verformungen. Die Genauigkeit der Schweißnahtvorbereitung und das Aufsetzen der Platten auf die Unterlage erwies sich als entscheidend für die Erzielung einer konsistenten Verbindung. 

Eine ebenfalls begrenzte Anzahl von Kehlnahtschweißversuchen in Wannenlage zeigten, dass mit dem D-Arc®-Verfahren in einem einzigen Durchgang Kehlnähte mit bis zu 20 mm a-Maß hergestellt werden konnten, obwohl unter bestimmten Schweißbedingungen eine Anfälligkeit für Mittellinienrisse beobachtet wurde.

Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy zeigte keine wesentliche Verringerung der Zähigkeit der grobkörnigen WEZ an S355J2- oder S460N-Stahlplatten. Eine akzeptable Zähigkeit des Schweißguts konnte auch mit geeigneten Schweißzusätzen erreicht werden. Eine Härteprüfung der Schweißnähte ergab keine abnormale Auswirkung des Schweißens auf das Schweißgut oder die WEZ-Härte.

Schlussfolgerungen

Die Fähigkeit, Stumpfschweißungen in einer Lage bei voller Durchschweißung in 20 mm dicken Blechen ohne signifikante Verringerung der mechanischen Eigenschaften der WEZ durchzuführen, macht den D-Arc® zu einer attraktiven Option für das Schweißen dicker Profile mit verbesserter Produktivität.

Abbildung 1. Allgemeine Konfiguration der D-Arc®-Schweißeinrichtung (Ref: DAIHEN Corporation WST-0021E1.7)
Abbildung 1. Allgemeine Konfiguration der D-Arc®-Schweißeinrichtung (Ref: DAIHEN Corporation WST-0021E1.7)
Abbildung 2. Makrofoto des Querschnitts einer typischen Stumpfschweißnaht in einer 20 mm dicken Platte
Abbildung 2. Makrofoto des Querschnitts einer typischen Stumpfschweißnaht in einer 20 mm dicken Platte
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