Unterpulverschweißverfahren erklärt

WAS IST UNTERPULVERSCHWEISSEN?

Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) oder Sub-Arc-Schweißen ist ein automatisiertes Schweißverfahren, bei dem ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem zu schweißenden Material erzeugt wird.

Es wird hauptsächlich für Schweißprozesse an dickeren Stählen verwendet, darunter Kohlenstoffstähle, Edelstähle und einige Nickellegierungen. Das Unterpulverschweißen ist ideal für das Schweißen von Materialien mit einer Dicke zwischen 1,27 und 12,7 cm. Durch Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit und des Wärmeeintrags kann das Unterpulverschweißen jedoch auch für Metalle mit einer Dicke von nur 4,3 mm ohne Durchbrennen verwendet werden.

WARUM WIRD DAS UNTERPULVERSCHWEISSEN ALS UNTERPULVERSCHWEISSEN BEZEICHNET?

Der Begriff „Unterpulverschweißen“ bezieht sich darauf, dass der Lichtbogen und die Schweißzone in ein körniges Flussmittel eingetaucht sind – es gibt keinen sichtbaren/offenen Lichtbogen, also auch keine Dämpfe und keine Schweißspritzer.

DER UNTERPULVERSCHWEISSPROZESS

Das körnige Flussmittel schützt den Lichtbogen vor Verunreinigungen aus der Atmosphäre. Alles ist in das Flussmittel eingetaucht. Ein Draht wird durch den Schweißbrenner geführt, der sich entlang der Naht bewegt. Die Hitze des Lichtbogens schmilzt einen Teil des Drahtes, das Flussmittel und das Grundmaterial, die zur Bildung eines geschmolzenen Schweißbades verwendet werden. Hier erfüllt das Flussmittel alle erforderlichen Funktionen, einschließlich der Desoxidation und Entgasung. Das geschmolzene Flussmittel erstarrt hinter dem Lichtbogen und bildet eine schlackebedeckte Schweißraupe, die sich leicht entfernen lässt.

UNTERPULVER-SCHWEISSGERÄTE

Die Ausrüstung für das Unterpulverschweißen variiert und kann an die jeweilige Anwendung angepasst werden, einschließlich aller Verbrauchsmaterialien wie Massiv- und Metallkerndrähte und der Flussmittelzusammensetzung.

Folgende Ausrüstung ist erforderlich:

• Stromquelle – steuert den verwendeten Strom (Wechselstrom, Gleichstrom oder beides, um ein einfaches Umschalten zu ermöglichen)
• Steuerung/Schnittstelle – steuert die Schweißparameter
• Drahtvorschubmotor – steuert die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs
• Schweißbrenner – führt dem Werkstück das Füllmetall zu und kann je nach Anwendung abgewinkelt werden
• Flussmittelbehälter – steuert die Ablagerungsrate des Flussmittels. Flussmittelbehälter können auch über Flussmittelrückgewinnungssysteme verfügen, um nicht verwendetes Flussmittel zu recyceln und es bis zur Verwendung wieder in den Behälter zurückzuführen.

Die Stromquelle kann Gleichstrom oder Wechselstrom sein, und sie können kombiniert werden, sodass eine UP-Maschine beide Stromarten bereitstellt, sodass die Bediener für verschiedene Werkstückdicken einfach zwischen den beiden wechseln können. Ein dünneres Werkstück könnte einen niedrigen Strom von 350 Ampere erfordern, während dickere Werkstücke mehr als 1.000 Ampere benötigen könnten. Da UP-Schweißgeräte hauptsächlich zur Steigerung der Produktivität eingesetzt werden, ist der Prozess größtenteils oder vollständig mechanisiert, um einen hohen Arbeitszyklus zu gewährleisten. In der Regel muss die Maschine nur angehalten werden, damit die Bediener Schlacke entfernen, Elektroden austauschen und das Werkstück bearbeiten können. Bei automatisierten Schweißprozessen wird jedoch ein Schweißmanipulator mit dem UP-Schweißgerät kombiniert, um die mechanische Handhabung zu automatisieren und den Arbeitszyklus weiter zu erhöhen, was zu einer noch höheren Produktivität führt. Es ist zu beachten, dass bei UP-Schweißgeräten der Schweißkopf entlang des Werkstücks bewegt werden kann oder stationär ist und ein Schweißrotator das Werkstück unter dem Schweißkopf dreht.

Die Steuerung/Schnittstelle dient zur Steuerung aller Schweißparameter, einschließlich…

• Brennerwinkel,
• Verfahrgeschwindigkeit,
• Lichtbogenspannung,
• Schweißstrom,
• Elektrodenüberstand,
• Drahtdurchmesser,
• Geschwindigkeit der Drahtzufuhr.

Bei Wurzellagen auf dünnerem Material kann eine höhere Geschwindigkeit verwendet werden, um ein Durchbrennen zu vermeiden, und bei dickeren Materialien kann die Geschwindigkeit leicht verringert werden. Einige Verfahren sind in der Lage, dickere Metalle in einem einzigen Durchgang tief zu durchschweißen.

Beim Drahtvorschubverfahren wird meistens ein einzelner Draht verwendet. Wenn jedoch hohe Produktivitätsniveaus erforderlich sind, während gleichzeitig die höchste Qualität der Schweißnähte konstant gehalten wird, können mehrere Drähte für das Tandem-Unterpulverschweißen verwendet werden, bei dem mehrere Drähte in dasselbe Schmelzbad eingeführt werden. Einzeldrahtvorschübe können Ablagerungsraten von 40 Pfund pro Stunde erreichen, während beim Tandem-Unterpulverschweißen mehr als 100 Pfund pro Stunde erreicht werden können.

VERBRAUCHSMATERIALIEN FÜR DAS UNTERPULVER-SCHWEISSEN

Das Flussmittel und die Drähte (Elektroden) für UP-Prozesse unterscheiden sich je nach Anwendung. Standarddrähte haben in der Regel einen Durchmesser von 1,6 mm bis 6 mm. Verdrillte Drähte können für eine oszillierende Bewegung verwendet werden, um die Schweißnaht mit dem Grundmetall zu verschmelzen. Für verschiedene Metalle stehen unterschiedliche Elektroden zur Verfügung. Die meisten sind mit Kupfer beschichtet, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Verschiedene Elektroden eignen sich für unterschiedliche Stromstärken, wobei einige für Stromstärken von 150 bis 350 Ampere und andere für höhere Stromstärken von 1.000 und mehr für dickere Stähle geeignet sind.

Flussmittel können unterschiedliche chemische Zusammensetzungen haben. Es kann gebunden, geschmolzen oder mechanisch gemischt werden. Standardflussmittel können neben anderen Chemikalien und Legierungselementen Kalzium, Silizium, Aluminium und Magnesium enthalten, die je nach Bedarf hinzugefügt werden können.

Das Flussmittel selbst ist nicht leitfähig, bis es mit dem Lichtbogen in Kontakt kommt. Da dieser eingetaucht ist, wird nur das verbrauchte Flussmittel im unteren Teil zu Schlacke (Abfall) und das gesamte sichtbare Flussmittel kann in den Flussmitteltrichter zurückgeführt werden, wodurch der Abfall reduziert wird. Die Menge des rückgewinnbaren Flussmittels variiert je nach verwendeter Unterpulverschweißausrüstung zwischen 50 % und 90 %.

VORTEILE DES UNTERPULVERSCHWEISSENS

• Der Hauptvorteil sind höhere Ablagerungsraten, die die Produktivität steigern.
• Durch den halb- oder vollautomatischen Prozess wird die Ergonomie für die Bediener verbessert, da nur minimale Eingriffe an den Werkstücken erforderlich sind.
• Die vollständige Kontrolle der Schweißparameter ermöglicht gleichbleibend hochwertige Schweißnähte.
• Die Rückgewinnung von Flussmittel reduziert den Abfall.
• Tiefe Schweißnähte können in dicken Stählen ausgeführt werden, manchmal in einem einzigen Durchgang.
• Schweißnähte an dünneren Metallen können mit hoher Geschwindigkeit und ohne Durchbrennen ausgeführt werden.
• Keine Spritzer und keine Dämpfe sorgen für eine sicherere Arbeitsumgebung.

INDUSTRIEZWEIGE, IN DENEN UNTERPULVER-SCHWEISSVERFAHREN EINGESETZT WERDEN

Unterpulver-Schweißverfahren werden häufig in der Schwerindustrie eingesetzt, darunter bei der Herstellung von Schienenfahrzeugen, im Schiffbau, bei der Herstellung von Windkrafttürmen, bei der Herstellung von Druckbehältern und auf Offshore-Ölplattformen, da sie in der Lage sind, dicke Stähle in einem einzigen Durchgang zu durchdringen, während sie gleichzeitig eine sicherere Arbeitsumgebung für die Bediener bieten und gleichbleibend hochwertige Schweißnähte gewährleisten.

Während UP-Schweißverfahren hauptsächlich in der Schwerindustrie mit dickeren Stählen eingesetzt werden, eignen sich dünnere Metallprofile für die Zuführung mit einem einzigen Draht, indem die Geschwindigkeit erhöht wird.

Als Spezialist für Schweißautomaten kann Redrock die erforderliche Ausrüstung für Schweißnähte höchster Qualität bei gleichzeitiger Maximierung der Produktivität bereitstellen.

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