WO2017125252A1 - Verfahren zum wolfram-inertgasschweissen - Google Patents

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WO2017125252A1
WO2017125252A1 PCT/EP2017/025011 EP2017025011W WO2017125252A1 WO 2017125252 A1 WO2017125252 A1 WO 2017125252A1 EP 2017025011 W EP2017025011 W EP 2017025011W WO 2017125252 A1 WO2017125252 A1 WO 2017125252A1
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welding
welded
thickness
supplied
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Georg Wimmer
Eduard KARTMANN
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B23K35/383—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen

Definitions

  • the invention relates to a method for tungsten inert gas welding. State of the art
  • Tungsten inert gas welding is a
  • Arc welding process for example, for build-up welding
  • a workpiece to be welded and a tungsten electrode of a corresponding welding torch are electrically connected to a welding power source.
  • An arc burns between the tungsten electrode and the workpiece.
  • the workpiece is at least partially melted, where it forms the molten bath.
  • the tungsten electrode is used as the cathode and the workpiece as the anode, wherein electrons from the Wolf ramelektrode in the
  • taphole welding a hole (so-called “keyhole”) forms over the entire workpiece thickness.
  • the taphole welding is usually carried out in the course of a plasma welding (plasma keyhole welding).
  • Plasma welding is a plasma jet as a heat source.
  • the plasma jet is generated by ionization and constriction of the arc.
  • Plasma keyhole welding is formed by the high plasma gas pressure and high plasma gas energy in the workpiece, the stitch hole, the plasma jet pierces the entire workpiece thickness.
  • the molten bath resulting from the melting of the workpiece is pushed aside by the plasma jet.
  • the surface tension of the melt prevents falling through the stitch hole. Instead, the melt flows back behind the forming welding eyelet and solidifies to the weld.
  • WO 99/21677 A1 describes, for example, a method to a
  • Needle hole welding in the course of tungsten inert gas welding with negatively poled tungsten electrode perform.
  • such a method is usually only for Workpieces made of materials with low thermal conductivity suitable, such as steel, stainless steel, stainless steel or titanium, which must be worked at high DC strengths.
  • the above-mentioned methods are usually only conditionally suitable for welding workpieces made of aluminum or aluminum alloys.
  • Oxide layer which can form on a workpiece to be welded made of aluminum or aluminum alloys, does not melt sufficiently enough.
  • oxides are fundamentally unacceptable defects in the weld metal starting at a certain size, depending on the pressure vessel regulation.
  • so-called melt pool fuses are used to produce welds of high quality, making the welding processes consuming and costly.
  • a tungsten electrode of a corresponding welding torch for tungsten inert gas welding and a workpiece to be welded are supplied with alternating current.
  • Tungsten electrode and workpiece are electrically connected for this purpose with a suitable welding power source.
  • An arc burns between the tungsten electrode and the workpiece to be welded. It is understood that several workpieces can be welded or welded together in the course of the process.
  • At least one welding parameter is selected or adjusted in dependence on a thickness of the workpiece to be welded in such a way that a tap hole forms in the workpiece to be welded and that formation and maintenance of the stitch hole during the welding process and closure of the stitch hole occur after elimination of the arc ,
  • the at least one welding parameter one or more of the following parameters is set: a current of the
  • the at least one welding parameter can be adjusted manually by a user or automatically by a suitable welding control.
  • the tap hole and its properties can be specifically influenced in order to produce a desired weld quality or desired properties of the weld seam.
  • the workpiece is melted in particular over its entire thickness. That is not always the case. at
  • Root pass welding is only the web height of the seam preparation
  • the corresponding welding parameters are selected as a function of the thickness of the workpiece.
  • thickness is meant the usual wall thickness of the workpiece to be welded.
  • an energy input into the workpiece i.
  • it is specifically influenced or adjusted how much energy is applied to or in the workpiece and how this energy is introduced.
  • it is selectively influenced or adjusted at which points of the workpiece energy is introduced.
  • an arc pressure is deliberately influenced, that is to say a force which is transmitted through the arc to a specific area on the arc
  • the at least one welding parameter is adjusted in particular such that the arc acts on the workpiece with a comparatively high arc pressure and that energy can be introduced deep into the workpiece, whereby a capillary forms in the molten bath, which ultimately over the entire or a part of the Thickness of the workpiece extends and forms the stitch hole.
  • Arc moves in the further progress of the welding process on the workpiece, forms a welding lug on the workpiece.
  • the melt flows back together when the arc ceases behind this forming welding eyelet and solidifies to the weld.
  • the stitch hole closes after elimination of
  • This method makes it possible to weld a workpiece made of aluminum or an aluminum alloy particularly effectively. Since aluminum reacts quickly with oxygen, an oxide layer of aluminum oxide Al 2 O 3 forms on a workpiece to be welded made of aluminum or aluminum alloys, which must be broken up or melted for machining the workpiece. Only when this oxide layer has been broken, can sufficient energy in the
  • Aluminum workpieces are introduced.
  • This oxide layer usually has a much higher melting point than the underlying aluminum workpiece.
  • the oxide layer may have a melting point between 2,000 ° C and 2,100 ° C.
  • the underlying aluminum workpiece may have a melting point between 500 ° C and 700 ° C.
  • workpieces made of aluminum or aluminum alloys can be connected to one another in a particularly effective, low-effort and cost-effective manner.
  • the oxide layer can be broken on the workpiece and in particular completely melted, in particular since a comparatively high energy concentration by the
  • Arc can be achieved. It can be particularly effective energy introduced into the underlying workpiece and the workpiece can be processed as desired. Due to the plus component in the energization of the tungsten electrode with alternating current, the oxide layer on the workpiece made of aluminum or aluminum alloys can be safely broken. Through the use of alternating current can thus be ensured in particular that the needle hole in the further
  • the process can be carried out with little effort, inexpensively and with high process reliability.
  • the associated welding torch can be designed with little design effort.
  • Plasma keyhole welding can be performed.
  • one-sided root passes in a simple and effective way with high quality too produce.
  • the workpiece to be welded is only machined from one side.
  • the method is thus substantially less expensive to perform than a so-called two-sided welding process in which the workpiece is machined on both sides, in which therefore both top and bottom of the workpiece are processed simultaneously by means of a welding torch.
  • a welding torch for example, in the welding of Luftzerlegerklalen an inside space for a
  • melt pool fuses To use melt pool fuses. In conventional welding processes, such molten metal fuses are often used to produce single-sided welded welds of high quality. For example, you can
  • Melt bath fuses are used in conventional welding processes for this purpose as a support for the workpiece to be welded.
  • rails or sliding blocks as Schmelzbadracen against the
  • Corrosion stress is suitable, e.g. for components used in the
  • the workpiece is created by creating the stitch hole
  • the at least one welding parameter is set in accordance with predetermined welding parameter-thickness relationships, which predefine respective values for the at least one welding parameter for different thicknesses of the workpiece to be welded.
  • welding workpiece is maintained during the welding process and closes after elimination of the arc again.
  • These welding parameter-thickness relationships can be embodied, for example, in the form of a table in which corresponding hole-hole-promoting values are stored for different workpiece thicknesses. It is also conceivable functions of each
  • Calibration process of the corresponding welding machine or welding torch determined empirically and deposited for example in a welding control.
  • a combination of a plurality of welding parameters is set as a function of the thickness of the workpiece to be welded and in dependence on one another.
  • the interdependent setting of several welding parameters results in a large number of degrees of freedom in order to be able to influence the formation, maintenance and / or closing of the needle hole as flexibly as possible.
  • AC value is set between 270 A and 320 A when the thickness of the workpiece to be welded is between 5 mm and 8 mm, a value between 300 A and 340 A when the thickness is between 8 mm and 12 mm, and a value between 300 A and 350 A if the thickness of the workpiece to be welded is greater than 12 mm.
  • These values preferably represent punch hole-promoting values for the current intensity in accordance with a welding parameter-thickness relationship, with which a stitch hole can be produced in a particularly favorable manner at the respective workpiece thicknesses.
  • a value between 15 cm / min and 30 cm / min is advantageously set if the thickness of the workpiece to be welded is greater than 5 mm.
  • Welding speeds in this range represent, in particular, punch hole-promoting values in accordance with a welding parameter-thickness relationship.
  • a protective gas or process gas can be supplied.
  • argon and / or helium are supplied as a protective gas.
  • a gas mixture of argon and / or helium with a doping of oxygen, nitrogen and / or a nitrogen compound can be supplied as a protective gas.
  • Such a protective gas is preferably supplied when the workpiece thickness is greater than 5 mm and expediently represents a protective hole-favoring gas according to a welding parameter-thickness relationships.
  • a filler material can be supplied. The tungsten inert gas welding can be carried out expediently but also with the supply of another suitable gas or gas mixture as a protective gas and / or filler material.
  • a value of between 15 l / min and 20 l / min is set when the thickness of the workpiece to be welded is between 5 mm and 8 mm, and a value or pinhole favorable Value between 18 l / min and 22 l / min if the workpiece thickness is 8 mm.
  • an I-joint is set as edge preparation if the thickness of the workpiece to be welded is between 5 mm and 8 mm. If the workpiece thickness is greater than 8 mm, a U-seam is preferably used as
  • Edge preparation adjusted with a web of up to 8 mm and one
  • the corresponding weld preparation can be carried out as little effort as possible.
  • a U-seam preparation with a web of up to 8 mm web height is expediently carried out.
  • an electrode with a round dome-shaped end instead of a tip is used as the tungsten electrode.
  • An arc-side end of the tungsten electrode is preferably dome-shaped, thus forming a curved surface of a spherical segment.
  • dome-shaped electrodes In particular, such a dome-shaped electrode end can also form itself when AC is applied, since with positive polarity of the tungsten electrode, depending on the magnitude of the current intensity, energy enters the wolf ram electrode. The higher the current, the larger the diameter of the calotte is.
  • the current strength of the alternating current, the welding speed, the composition and amount of the supplied protective gas and the edge preparation are set as welding parameters depending on the thickness of the workpiece to be welded.
  • These welding parameters are particularly preferably set according to predetermined welding parameter-thickness relationships, which are formed in the form of the table:
  • one or more of the following parameters is additionally set as the at least one welding parameter: a distance between the tungsten electrode and the workpiece to be welded, position and position of a welding torch and / or a diameter of a protective gas nozzle for supplying the protective gas.
  • These additional welding parameters are set in particular according to predetermined welding parameter-thickness relations.
  • the distance between the tungsten electrode and the workpiece is preferably 4 to 5 mm
  • the position of the welding torch is preferably PF-rotated (this designation is based on DIN EN ISO 6947, which, however, does not designate PF-rotated contains), rising vertically.
  • the employment of the welding torch is preferably piercing at 3 ° to 5 °, d. H. 3 ° to 5 ° upwards.
  • the diameter of the protective gas nozzle is preferably 8 to 12 mm.
  • the method is suitable in a preferred embodiment for welding workpieces in pipeline construction.
  • the method is suitable for welding workpieces that are accessible only on one side, more particularly rotatable, one-sidedly accessible workpieces.
  • the method is suitable for the production of segmental elbows. Pipe sections of such a segment bend, preferably made of aluminum, are welded together as workpieces. In such components axes of adjacent pipe sections are each at certain angles to each other. In most cases, these pipe sections are cut obliquely, resulting in an alternating thickness or wall thickness when pipe sections to be welded together.
  • the method makes it possible to weld pipe sections with such thickness changes or changes in wall thickness safely and precisely with high weld quality. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the
  • FIG. 1 shows schematically a tungsten inert gas welding torch adapted to a preferred embodiment of an inert gas arc welding torch
  • FIG. 2 schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.
  • FIGS. 1 a and 1 b a welding torch for tungsten inert gas welding is shown schematically and designated 100. identical
  • the welding torch 100 has a non-consumable tungsten electrode 1 10 with a round, dome-shaped end 1 1 1 on.
  • the tungsten electrode 1 10 is at least partially surrounded by a current contact tube 140. Via the current contact tube 140, a welding current is conducted to the tungsten electrode 110.
  • the current contact tube 140 and a workpiece to be welded are electrically connected to a welding power source 150.
  • the workpiece 160a is designated as know and a thickness d a of, for example 7 mm.
  • the workpiece in Figure 1 b is designated 160b and know a thickness d b, for example, 1 1 mm.
  • the workpiece 160a or 160b can also be a pipe section of a segment bend.
  • a shielding gas nozzle 130 is a protective gas of a certain
  • composition and amount supplied in the direction of the arc 120 The supplied inert gas is designated in FIG. 1a with 131 a and in FIG. 1b with 131 b. ,
  • the workpiece 160a and the workpiece 160b are each made of one
  • the workpiece 160a or 160b is made of the
  • an oxide layer 161 of aluminum oxide Al 2 O 3 is formed on the workpiece 160a or 160b. This oxide layer 161 must be broken up for the machining of the workpiece 160 in order to be able to introduce sufficient energy into the workpiece 160.
  • the welding torch 100 is therefore adapted to a preferred
  • At least one welding parameter is set as a function of the thickness d a or d b of the workpiece 160a or 160b such that a stitch hole 162 forms in the workpiece 160a or 160b to be welded.
  • Welding parameters are adjusted in dependence on the workpiece thickness such that the stitch hole 162 forms during the welding process and closes again after elimination of the arc 120.
  • These parameters are set such that the workpiece 160a or 160b is melted in the area around the point of impact of the arc 120 and thus a molten pool 163 is formed. Furthermore, by the appropriately set parameters by means of the arc 120 such energy into the workpiece 160 are introduced, that in the molten pool 163, a capillary forms, which ultimately extends over the entire thickness of the workpiece 160 and the stitch hole 162 forms. When the arc 120 or the welding torch 100 is moved over the workpiece 160, the melt flows together in the absence of the arc 120 and solidifies to the weld.
  • FIG. 2 shows a corresponding preferred embodiment of the invention
  • inventive method shown schematically as a block diagram.
  • step 201 the power contact tube 140 and the workpiece 160a and 160b are electrically connected to each other.
  • step 202 the current of the
  • These welding parameters are set according to predetermined welding parameter-thickness relations, preferably according to the table shown above.
  • step 21 1 when the thickness of the workpiece is between 5 mm and 8 mm, the shielding gas is supplied in an amount of between 15 ml / min and 20 ml / min, a current of between 270 A and 320 A is set, an I Butt edge preparation is done and the welding process comes with a
  • step 221 when the thickness of the workpiece is between 8 mm and 12 mm, the shielding gas is supplied in an amount between 18 ml / min and 22 ml / min, a current between 300 A and 340 A is set, a U-seam
  • Edge preparation with a web of maximum 8 mm and an opening angle of at least 50 ° is carried out and the welding process is completed with a
  • step 222 the welding process of the corresponding workpiece with these
  • Edge preparation with a web of maximum 8 mm and an opening angle of at least 50 ° is carried out and the welding process is completed with a
  • argon and / or helium or a gas mixture of argon and / or helium is supplied with a doping of oxygen, nitrogen and / or a nitrogen compound as a protective gas.
  • an argon-helium mixture is supplied as protective gas 131 a with an amount of 15 l / min, set a current of, for example, 300 A and the
  • Welding process is carried out at a welding speed of 20 cm / min.
  • an I-joint edge preparation is carried out.
  • the argon-helium mixture is also supplied as protective gas 131 b, but supplied at a rate of 20 l / min. It is set current of, for example, 320 A and the welding process is carried out at a welding speed of 20 cm / min.
  • a U-seam As can be seen in Figure 1 b, a U-seam

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen, wobei eine Wolframelektrode (110) und ein zu schweißendes Werkstück (160) mit Wechselstrom bestromt werden, wobei ein Lichtbogen (120) zwischen der Wolframelektrode (110) und dem zu schweißendem Werkstück (160) brennt, wobei das zu schweißende Werkstück (160) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, wobei wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) derart eingestellt wird, dass sich ein Stichloch (162) in dem zu schweißenden Werkstück (160) bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs (162) während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs (162) nach Wegfall des Lichtbogens (120) erfolgen, wobei als der wenigstens ein Schweißparameter ein oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt wird: eine Stromstärke des Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases (131), eine Menge des zugeführten Schutzgases (131) und/oder eine Kantenvorbereitung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Wolfram-Inertqasschweißen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen. Stand der Technik
Beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) handelt es sich um ein
Lichtbogenschweißverfahren, das beispielsweise zum Auftragsschweißen,
Verschweißen von ein, zwei oder mehreren Werktücken aus metallischen Werkstoffen verwendet wird. Ein zu schweißendes Werkstück und eine Wolframelektrode eines entsprechenden Schweißbrenners werden elektrisch mit einer Schweißstromquelle verbunden. Ein Lichtbogen brennt zwischen der Wolf ramelektrode und dem Werkstück. Das Werkstück wird dabei zumindest teilweise aufgeschmolzen und bildet dort das Schmelzbad. Zumeist wird die Wolframelektrode als Kathode verwendet und das Werkstück als Anode, wobei Elektronen von der Wolf ramelektrode aus in das
Werkstück übergehen.
Beim sogenannten Stichlochschweißen bildet sich ein Loch (sog. "keyhole") über die gesamte Werkstückdicke aus. Das Stichlochschweißen wird zumeist im Zuge eines Plasmaschweißens durchgeführt (Plasmastichlochschweißen). Beim
Plasmaschweißen dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Der Plasmastrahl wird durch Ionisation und Einschnüren des Lichtbogens erzeugt. Beim
Plasmastichlochschweißen wird durch den hohen Plasmagasdruck und die hohe Plasmagasenergie in dem Werkstück das Stichloch gebildet, der Plasmastrahl durchstößt die gesamte Werkstückdicke. Dabei wird das durch Aufschmelzen des Werkstücks entstehende Schmelzbad vom Plasmastrahl zur Seite gedrückt. Die Oberflächenspannung der Schmelze verhindert ein Durchfallen durch das Stichloch. Stattdessen fließt die Schmelze hinter der sich bildenden Schweißöse wieder zusammen und erstarrt zur Schweißnaht.
Die WO 99/21677 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren, um ein
Stichlochschweißen im Zuge des Wolfram-Inertgasschweißens mit negativ gepolter Wolframelektrode durchzuführen. Ein derartiges Verfahren ist zumeist jedoch nur für Werkstücke aus Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit geeignet, wie Stahl, Edelstahl, CrNi-Stahl oder Titan, wobei bei hohen Gleichstromstärken gearbeitet werden muss. Die oben genannten Verfahren eignen sich zumeist jedoch nur bedingt für das Verschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Beispielsweise kann mittels derartiger herkömmlicher Schweißverfahren eine
Oxidschicht, welche sich auf einem zu schweißenden Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bilden kann, nicht ausreichend genug aufzuschmelzen. Oxide stellen aber grundsätzlich ab einer gewissen Größe, je nach Druckbehälterregelwerk, nicht akzeptable Fehlstellen im Schweißgut dar. Weiterhin ist es oftmals auch nicht möglich, eine insbesondere einseitige Schweißnaht mit hoher Qualität zu erzeugen. Oftmals werden sogenannte Schmelzbadsicherungen verwendet, um Schweißnähte mit hoher Qualität erzeugen zu können, wodurch die Schweißprozesse aufwendig und kostenintensiv werden.
Es ist wünschenswert, ein verbessertes Schweißverfahren bereitzustellen,
insbesondere um Werkstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung effektiv schweißen zu können und um insbesondere einseitige Schweißnähte mit
reproduzierbar hoher Qualität erzeugen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Eine Wolframelektrode eines entsprechenden Schweißbrenners zum Wolfram- Inertgasschweißen und ein zu schweißendes Werkstück werden mit Wechselstrom bestromt. Wolframelektrode und Werkstück werden zu diesem Zweck mit einer geeigneten Schweißstromquelle elektrisch verbunden. Ein Lichtbogen brennt zwischen der Wolframelektrode und dem zu schweißenden Werkstück. Es versteht sich, dass auch mehrere Werkstücke im Zuge des Verfahrens geschweißt bzw. miteinander verschweißt werden können. Wenigstens ein Schweißparameter wird in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks derart gewählt bzw. eingestellt, dass sich ein Stichloch in dem zu schweißenden Werkstück bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs nach Wegfall des Lichtbogens erfolgen. Als der wenigstens ein Schweißparameter wird ein oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt: eine Stromstärke des
Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases, eine Menge des zugeführten Schutzgases und/oder eine Kantenvorbereitung.
Diese Schweißparameter stellen Parameter dar, welche den Schweißprozess, insbesondere den Lichtbogen bzw. die Lichtbogeneigenschaften beeinflussen. Der wenigstens eine Schweißparameter kann manuell durch einen Benutzer oder auch automatisch durch eine zweckmäßige Schweißsteuerung entsprechend eingestellt werden. Durch das Einstellen des wenigstens einen Schweißparameters können das Stichloch und dessen Eigenschaften gezielt beeinflusst werden, um eine gewünschte Schweißnahtqualität bzw. gewünschte Eigenschaften der Schweißnaht zu erzeugen.
Durch das Erzeugen des Stichlochs wird das Werkstück insbesondere über seine gesamte Dicke aufgeschmolzen. Die ist jedoch nicht immer der Fall. Bei
Wurzellagenschweißungen wird nur die Steghöhe der Nahtvorbereitung
aufgeschmolzen. Um das Aufschmelzen zu ermöglichen, werden die entsprechenden Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks gewählt. Mit "Dicke" ist die übliche Wanddicke des zu schweißenden Werkstücks gemeint. Durch die entsprechende Einstellung des wenigstens einen Schweißparameters wird
insbesondere eine Energieeinbringung in das Werkstück gezielt beeinflusst, d.h. es wird insbesondere gezielt beeinflusst bzw. eingestellt, wie viel Energie auf bzw. in das Werkstück eingebracht wird und auf welche Weise diese Energie eingebracht wird. Zweckmäßigerweise wird gezielt beeinflusst bzw. eingestellt, an welchen Stellen des Werkstücks Energie eingebracht wird. Insbesondere wird durch das Einstellen des wenigstens einen Schweißparameters ein Lichtbogendruck gezielt beeinflusst, also eine Kraft, welche durch den Lichtbogen auf eine bestimmte Fläche auf dem
Werkstück ausgeübt wird. Der wenigstens eine Schweißparameter wird insbesondere derart eingestellt, dass der Lichtbogen mit vergleichsweise hohem Lichtbogendruck auf das Werkstück einwirkt und dass Energie tief in das Werkstück eingebracht werden kann, wodurch sich eine Kapillare in dem Schmelzbad ausbildet, welche sich letztendlich über die gesamte oder einen Teil der Dicke des Werkstücks erstreckt und das Stichloch bildet. Wird der
Lichtbogen im weiteren Fortschritt des Schweißprozesses über das Werkstück bewegt, bildet sich eine Schweißöse auf dem Werkstück aus. Die Schmelze fließt bei Wegfall des Lichtbogens hinter dieser sich bildenden Schweißöse wieder zusammen und erstarrt zur Schweißnaht. Somit schließt sich das Stichloch nach Wegfall des
Lichtbogens.
Dieses Verfahren erlaubt es, ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigtes Werkstück besonders effektiv zu schweißen. Da Aluminium schnell mit Sauerstoff reagiert, bildet sich auf einem zu schweißenden Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen eine Oxidschicht aus Aluminiumoxid Al203, welche für die Bearbeitung des Werkstücks aufgebrochen bzw. aufgeschmolzen werden muss. Erst wenn diese Oxidschicht aufgebrochen wurde, kann ausreichend Energie in die
Aluminiumwerkstücke eingebracht werden. Diese Oxidschicht besitzt zumeist einen sehr viel höheren Schmelzpunkt als das darunterliegende Aluminiumwerkstück. Beispielsweise kann die Oxidschicht einen Schmelzpunkt zwischen 2.000°C und 2.100°C besitzen. Abhängig von der genauen Zusammensetzung kann das darunterliegende Aluminiumwerkstück hingegen einen Schmelzpunkt zwischen 500°C und 700°C besitzen.
Durch die Erfindung können Werkstücke aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hingegen auf besonders effektive, aufwandsarme und kostengünstige Weise miteinander verbunden werden. Durch Erzeugen des Stichlochs kann die Oxidschicht auf dem Werkstück aufgebrochen und insbesondere komplett aufgeschmolzen werden, insbesondere da eine vergleichsweise hohe Energiekonzentration durch den
Lichtbogen erreicht werden kann. Es kann besonders effektiv Energie in das darunterliegende Werkstück eingebracht werden und das Werkstück kann wie gewünscht bearbeitet werden. Durch den Plusanteil bei der Bestromung der Wolframelektrode mit Wechselstrom kann die Oxidschicht auf dem Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen sicher aufgebrochen werden. Durch die Verwendung von Wechselstrom kann somit insbesondere gewährleistet werden, dass sich das Stichloch im weiteren
Schweißfortschritt wieder schließen kann. Im Gegensatz zu dem aus der oben genannten W099/21677 A1 bekannten Verfahren kann mit wesentlich niedrigerer Stromstärke (< 350A im Gegensatz zu etwa 650A) und somit mit Standardstromquellen gearbeitet werden. Herkömmliche Schweißverfahren eignen sich nur bedingt, um Aluminiumwerkstücke zu schweißen, da es zumeist nicht möglich ist, die komplette Oxidschicht ausreichend aufzuschmelzen. Nicht aufgeschmolzene Oxide der Oxidschicht verbleiben dabei im Schweißgut, was als Oxidfahnen bezeichnet wird. Derartige Oxidfahnen stellen eine eindeutige Trennung bzw. Fehlstelle im Schweißgut und in der Schweißnaht dar. Durch die Erfindung kann die Entstehung derartiger Oxidfahnen verhindert und eine saubere, reine Verbindung bzw. Schweißnaht ohne derartige Fehlstellen erzeugt werden.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, eine Schweißnaht mit hoher und
reproduzierbarer Nahtqualität zu erzeugen. Das Verfahren ist aufwandsarm, kostengünstig und mit hoher Prozesssicherheit durchführbar. Insbesondere kann der zugehörige Schweißbrenner mit geringem konstruktivem Aufwand ausgebildet sein. Insbesondere kann ein herkömmlicher Schweißbrenner zum Durchführen des
Verfahrens verwendet werden, ohne dass es konstruktiver Aufrüstungen bedarf. Mittels des Verfahrens kann ein effektives Stichlochschweißen erheblich einfacher und mit weniger Aufwand durchgeführt werden als ein Plasmastichlochschweißen, insbesondere da kein Plasmagas zugeführt werden muss. Aufwendige Steuerung einer entsprechenden Plasmazufuhr entfällt daher, wodurch auch der bauliche Aufwand des Schweißbrenners möglichst gering gehalten werden kann. Weiterhin kann mittels des Verfahrens ein Stichlochschweißen mit hoher Robustheit und größerem
Toleranzfenster bei Unregelmäßigkeiten in der Nahtvorbereitung als beim
Plasmastichlochschweißen durchgeführt werden.
Insbesondere wird durch die Erfindung ermöglicht, einseitige Schweißnähte bzw.
einseitige Wurzellagen auf einfache und effektive Weise mit hoher Qualität zu erzeugen. Das zu schweißende Werkstück wird dabei nur von einer Seite bearbeitet. Das Verfahren ist somit wesentlich aufwandsärmer durchführbar als ein sogenanntes beidseitiges Schweißverfahren, bei welchem das Werkstück beidseitig bearbeitet wird, bei welchem also sowohl Ober- als auch Unterseite des Werkstücks jeweils mittels eines Schweißbrenners gleichzeitig bearbeitet werden. Beispielsweise kann beim Verschweißen von Luftzerlegersäulen ein innenseitiger Freiraum für einen
Innenschweißer eingespart werden, wodurch eine kürzere Baulänge ermöglicht wird.
Insbesondere ist es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendig,
Schmelzbadsicherungen zu verwenden. Bei herkömmlichen Schweißverfahren werden derartige Schmelzbadsicherungen oftmals eingesetzt, um einseitig geschweißte Schweißnähte mit hoher Qualität zu erzeugen. Beispielsweise können
Schmelzbadsicherungen bei herkömmlichen Schweißverfahren zu diesem Zweck als Unterlagen für das zu schweißende Werkstück verwendet werden. Beispielsweise können auch Schienen oder Gleitschuhe als Schmelzbadsicherungen gegen das
Werkstück gedrückt werden. Oftmals werden die Schmelzbadsicherungen im Zuge des Schweißprozesses an dem Werkstück mit angeschweißt und müssen nach
durchgeführtem Schweißprozesses aufwendig wieder von diesem entfernt werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren entfallen derartige aufwandsintensive Maßnahmen und eine Nahtvorbereitung kann insbesondere so aufwandsarm wie möglich gehalten werden. Insbesondere kann durch das Verfahren vermieden werden, dass ein Spalt zwischen dem Werkstück und der Schmelzbadsicherung verbleibt, wodurch sich das Verfahren beispielsweise zum Verschweißen von Werkstücken bei innerer
Korrosionsbeanspruchung eignet, z.B. für Bauteile zum Einsatz in der
Erdgasverflüssigung bei vorliegender Gefahr einer quecksilberinduzierten
Spannungsrisskorrosion.
Wie obig erläutert, wird das Werkstück durch das Erzeugen des Stichlochs
insbesondere auch über seine gesamte Dicke aufgeschmolzen. Somit können effektiv Oxide in dem Werkstück aufgeschmolzen werden: Insbesondere wird somit ein Schweißgut erzeugt, welches keine nicht aufgeschmolzenen Oxide enthält. Nicht aufgeschmolzene Oxide stellen ab einer gewissen Größe nicht akzeptable Fehlstellen im Schweißgut dar. Durch das Verfahren wird dieses Problem vermieden und eine Schweißnaht mit hoher Qualität ohne derartige Fehlstellen kann erzeugt werden. Vorteilhafterweise wird der wenigstens eine Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt, welche für unterschiedliche Dicken des zu schweißenden Werkstücks jeweils stichlochbegünstigende Werte für den wenigstens einen Schweißparameter vorgeben. Durch diese stichlochbegünstigenden Werte bildet sich das Stichloch bei der jeweiligen Werkstückdicke in dem zu
schweißenden Werkstück , bleibt während des Schweißprozesses aufrecht erhalten und schließt sich nach Wegfall des Lichtbogens wieder. Diese Schweißparameter- Dicke-Relationen können beispielsweise in Form einer Tabelle ausgebildet sein, in welcher für verschiedene Werkstückdicken entsprechende stichlochbegünstigende Werte hinterlegt sind. Es ist auch denkbar, Funktionen der einzelnen
Schweißparameter in Abhängigkeit von der Werkstückdicke als Schweißparameter- Dicke-Relationen zu verwenden. Insbesondere können diese stichlochbegünstigenden Werte und diese Schweißparameter-Dicke-Relationen im Zuge eines
Kalibrierprozesses des entsprechenden Schweißgeräts bzw. Schweißbrenners empirisch ermittelt und beispielsweise in einer Schweißsteuerung hinterlegt werden.
Bevorzugt wird eine Kombination aus mehreren Schweißparametern in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden Werkstücks und in Abhängigkeit voneinander eingestellt. Durch das voneinander abhängige Einstellen mehrerer Schweißparameter ergibt sich eine Vielzahl von Freiheitsgraden um Bildung, Aufrechterhaltung und/oder Schließen des Stichlochs möglichst flexibel beeinflussen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Stromstärke des
Wechselstroms ein Wert zwischen 270 A und 320 A eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, ein Wert zwischen 300 A und 340 A, wenn die Dicke zwischen 8 mm und 12 mm beträgt, und ein Wert zwischen 300 A und 350 A, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 12 mm ist. Diese Werte stellen vorzugsweise stichlochbegünstigende Werte für die Stromstärke gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar, mit welchen bei den jeweiligen Werkstückdicken besonders günstig ein Stichloch erzeugt werden kann.
Für die Schweißgeschwindigkeit wird vorteilhafterweise ein Wert zwischen 15 cm/min und 30 cm/min eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 5 mm ist. Schweißgeschwindigkeiten in diesem Bereich stellen insbesondere stichlochbegünstigende Werte gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar. Bevorzugt kann auch ein Schutzgas bzw. Prozessgas zugeführt werden. Vorzugsweise werden Argon und/oder Helium als Schutzgas zugeführt. Alternativ kann auch ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas zugeführt werden. Ein derartiges Schutzgas wird vorzugsweise zugeführt, wenn die Werkstückdicke größer als 5 mm ist und stellt zweckmäßigerweise ein stichlochbegünstigendes Schutzgas gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar. Vorteilhafterweise kann ein Zusatzwerkstoff zugeführt werden. Das Wolfram-Inertgasschweißen kann zweckmäßigerweise aber auch unter Zufuhr eines anderen geeigneten Gases oder Gasgemisches als Schutzgas und/oder Zusatzwerkstoff durchgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Menge des zugeführten Schutzgases ein Wert bzw. stichlochbegünstigender Wert zwischen 15 l/min und 20 l/min eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, und ein Wert bzw. stichlochbegünstigender Wert zwischen 18 l/min und 22 l/min, wenn die Werkstückdicke als 8 mm ist.
Vorteilhafterweise wird als Kantenvorbereitung ein I-Stoß eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt. Wenn die Werkstückdicke größer als 8 mm ist, wird vorzugsweise eine U-Naht als
Kantenvorbereitung eingestellt mit einem Steg von bis zu 8 mm und einem
Öffnungswinkel von mindestens 50°. Die entsprechende Schweißnahtvorbereitung kann dabei möglichst aufwandsarm durchgeführt werden. Insbesondere kann bis zu einer Werkstückdicke von 8 mm mit einer Kantenvorbereitung geschweißt werden, für welche zweckmäßigerweise kaum Schweißnahtvorbereitungen getroffen werden. Bei größeren Werkstückdicken wird zweckmäßigerweise eine U-Nahtvorbereitung mit einem Steg von bis zu 8 mm Steghöhe durchgeführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Elektrode mit einem runden kalottenförmigen Ende anstelle einer Spitze als Wolframelektrode verwendet. Ein lichtbogenseitiges Ende der Wolframelektrode ist vorzugsweise kalottenförmig, bildet also eine gekrümmte Fläche eines Kugelabschnitts. Beispielsweise besteht bei spitzen Wolframelektroden die Gefahr, dass die Spitze der Wolframelektrode dünnflüssig wird und in das Schweißbad abspritzt, was zu Schweißnahtfehler führen kann. Diese Gefahr besteht bei kalottenförmigen Elektroden nicht. Ein derartiges kalottenförmiges Elektrodenende kann sich bei Wechselstrombeaufschlagung insbesondere auch von selbst bilden, da bei Pluspolung der Wolframelektrode je nach Höhe der Stromstärke Energie in die Wolf ramelektrode geht. Je höher die Stromstärke, desto größer bildet sich der Durchmesser der Kalotte aus.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Stromstärke des Wechselstroms, die Schweißgeschwindigkeit, die Zusammensetzung und Menge des zugeführten Schutzgases und die Kantenvorbereitung als Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden Werkstücks eingestellt. Besonders bevorzugt werden diese Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter- Dicke-Relationen eingestellt, welche in Form der Tabelle ausgebildet sind:
Figure imgf000011_0001
In dieser Tabelle bzw. in diesen Schweißparameter-Dicke-Relationen sind für unterschiedliche Werkstückdicken jeweils bevorzugte stichlochbegünstigende Werte für die entsprechenden Schweißparameter vorgegeben, durch welche auf besonders effektive Weise ein Stichloch in dem Werkstück ausgebildet, während des
Schweißprozesses aufrechterhalten und nach Wegfall des Lichtbogens geschlossen werden kann. Vorzugsweise wird zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter als der wenigstens eine Schweißparameter eingestellt: ein Abstand zwischen der Wolframelektrode und dem zu schweißenden Werkstück, Position und Anstellung eines Schweißbrenners und/oder ein Durchmesser einer Schutzgasdüse zum Zuführen des Schutzgases. Auch diese zusätzlichen Schweißparameter werden insbesondere gemäß vorgegebenen Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt.
Bevorzugte Wertebereiche für diese Parameter können wie folgt angegeben werden: Der Abstand zwischen Wolframelektrode und Werkstück beträgt vorzugsweise 4 bis 5 mm, die Position des Schweißbrenners ist vorzugsweise PF-rotiert (diese Bezeichnung lehnt sich an DIN EN ISO 6947 an, die jedoch keine Bezeichnung für PF-rotiert enthält), senkrecht steigend. Die Anstellung des Schweißbrenners ist vorzugsweise bei 3° bis 5° stechend, d. h. 3° bis 5° nach oben gerichtet. Der Durchmesser der Schutzgasdüse beträgt vorzugsweise 8 bis 12 mm.
Das Verfahren eignet sich in einer bevorzugten Ausführung zum Schweißen von Werkstücken im Rohrleitungsbau. Insbesondere eignet sich das Verfahren zum Schweißen von nur einseitig zugänglichen Werkstücken, weiter insbesondere von drehbaren, einseitig zugänglichen Werkstücken. Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für die Herstellung von Segmentkrümmern. Rohrabschnitte eines derartigen Segmentkrümmers, vorzugsweise aus Aluminium gefertigt, werden als Werkstücke miteinander verschweißt. Bei derartigen Bauteilen stehen Achsen angrenzender Rohrabschnitte jeweils unter bestimmten Winkeln zueinander. Zumeist sind diese Rohrabschnitte schräg geschnitten, wodurch sich eine wechselnde Dicke bzw. Wanddicke ergibt, wenn Rohrabschnitte miteinander verschweißt werden sollen. Das Verfahren ermöglicht es, Rohrabschnitte mit derartigen Dickenänderungen bzw. Wanddickenänderungen sicher und präzise mit hoher Schweißnahtqualität zu verschweißen. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt schematisch einen Schweißbrenner zum Wolfram-Inertgasschweißen, der dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Figur 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In den Figuren 1 a und 1 b ist jeweils ein Schweißbrenner zum Wolfram- Inertgasschweißen schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Identische
Bezugszeichen in den Figuren 1 a und 1 b bezeichnen gleiche oder baugleiche
Elemente.
Der Schweißbrenner 100 weist eine nicht abschmelzende Wolframelektrode 1 10 mit einem runden, kalottenförmigen Ende 1 1 1 auf. Die Wolframelektrode 1 10 ist zumindest teilweise von einem Strom kontaktrohr 140 umgeben. Über das Stromkontaktrohr 140 wird ein Schweißstrom auf die Wolframelektrode 1 10 geführt.
Das Stromkontaktrohr 140 sowie ein zu schweißendes Werkstück sind elektrisch mit einer Schweißstromquelle 150 verbunden. In Figur 1 a ist das Werkstück als 160a bezeichnet und weißt eine Dicke da von beispielsweise 7 mm auf. Das Werkstück in Figur 1 b ist mit 160b bezeichnet und weißt eine Dicke db von beispielsweise 1 1 mm auf. Beispielsweise kann das Werkstück 160a bzw. 160b im Zuge des
Rohrleitungsbaus verschweißt werden. Das Werkstück 160a bzw. 160b kann auch ein Rohrabschnitt eines Segmentkrümmers sein. Durch die Schweißstromquelle 150 werden die Wolframelektrode 1 10 und das
Werkstück 160a bzw. 160b mit Wechselstrom bestromt, wodurch zwischen dem kalottenförmigen Ende 1 1 1 der Wolframelektrode 1 10 und dem Werkstück 160a und 160b ein Lichtbogen 120 brennt.
Über eine Schutzgasdüse 130 wird ein Schutzgas einer bestimmten
Zusammensetzung und Menge in Richtung des Lichtbogens 120 zugeführt. Das zugeführte Schutzgas ist in Figur 1 a mit 131 a bezeichnet und in Figur 1 b mit 131 b. .
Das Werkstück 160a und das Werkstück 160b sind jeweils aus einer
Aluminiumlegierung gefertigt, beispielsweise aus einer AlMgSiCu-Legierung oder einer AlMgSi-Legierung. Beispielsweise ist das Werkstück 160a bzw. 160b aus dem
Werkstoff EN AW-5083 bzw. AIMg4,5Mn mit der Werkstoff Nummer DIN 3.3547 gefertigt, also aus einer Aluminium-Legierung mit einem Mangan-Anteil zwischen 0,4% und 1 ,0% und mit einem Magnesium-Anteil zwischen 4,0% und 4,9%.
Da Aluminium schnell mit Sauerstoff reagiert, ist auf dem Werkstück 160a bzw. 160b jeweils eine Oxidschicht 161 aus Aluminiumoxid Al203 ausgebildet. Diese Oxidschicht 161 muss für die Bearbeitung des Werkstücks 160 aufgebrochen werden, um ausreichend Energie in das Werkstück 160 einbringen zu können.
Der Schweißbrenner 100 ist daher dazu eingerichtet, eine bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Im Zuge dessen wird wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke da bzw. db des Werkstücks 160a bzw. 160b derart eingestellt, dass sich ein Stichloch 162 in dem zu schweißenden Werkstück 160a bzw. 160b bildet. Die entsprechenden
Schweißparameter werden in Abhängigkeit von der Werkstückdicke derart eingestellt, dass sich das Stichloch 162 während des Schweißprozesses bildet und nach Wegfall des Lichtbogens 120 wieder schließt.
Diese Parameter werden derart eingestellt, dass das Werkstück 160a bzw. 160b in dem Bereich um den Auftreffpunkt des Lichtbogens 120 herum aufgeschmolzen wird und somit ein Schmelzbad 163 gebildet wird. Weiterhin kann durch die entsprechend eingestellten Parameter mittels des Lichtbogens 120 derart Energie in das Werkstück 160 eingebracht werden, dass sich in dem Schmelzbad 163 eine Kapillare bildet, welche sich letztendlich über die gesamte Dicke des Werkstücks 160 erstreckt und das Stichloch 162 bildet. Wenn der Lichtbogen 120 bzw. der Schweißbrenner 100 über das Werkstück 160 bewegt wird, fließt die Schmelze bei Wegfall des Lichtbogens 120 zusammen und erstarrt zur Schweißnaht.
In Figur 2 ist eine entsprechende bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt.
In Schritt 201 werden das Stromkontaktrohr 140 und das Werkstück 160a bzw. 160b miteinander elektrisch verbunden. In Schritt 202 werden die Stromstärke des
Wechselstroms, die Schweißgeschwindigkeit, Zusammensetzung und Menge des zugeführten Schutzgases und die Kantenvorbereitung als Schweißparameter in Abhängigkeit von der Werkstückdicke eingestellt.
Diese Schweißparameter werden gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke- Relationen eingestellt, vorzugsweise gemäß der weiter oben abgebildeten Tabelle.
Demgemäß wird in Schritt 21 1 , wenn die Dicke des Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, das Schutzgas in einer Menge zwischen 15 ml/min und 20 ml/min zugeführt, eine Stromstärke zwischen 270 A und 320 A eingestellt, eine I-Stoß Kantenvorbereitung durchgeführt und der Schweißprozess wird mit einer
Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. Mit diesen Schweißparametern wird in Schritt 212 der Schweißprozess durchgeführt.
In Schritt 221 , wenn die Dicke des Werkstücks zwischen 8 mm und 12 mm beträgt, wird das Schutzgas in einer Menge zwischen 18 ml/min und 22 ml/min zugeführt, eine Stromstärke zwischen 300 A und 340 A wird eingestellt, eine U-Naht
Kantenvorbereitung mit einem Steg von maximal 8 mm und einem Öffnungswinkel von mindestens 50° wird durchgeführt und der Schweißprozess wird mit einer
Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. In Schritt 222 wird der Schweißprozess des entsprechenden Werkstücks mit diesen
Schweißparametern durchgeführt. Wenn die Dicke des Werkstücks in Schritt 231 größer als 12 mm ist, wird das
Schutzgas in einer Menge zwischen 18 ml/min und 22 ml/min zugeführt, eine
Stromstärke zwischen 300 A und 350 A wird eingestellt, eine U-Naht
Kantenvorbereitung mit einem Steg von maximal 8 mm und einem Öffnungswinkel von mindestens 50° wird durchgeführt und der Schweißprozess wird mit einer
Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. Der Schweißprozess des Werkstücks wird in Schritt 232 mit diesen Schweißparametern durchgeführt.
In all diesen Fällen 21 1 , 221 und 231 wird jeweils Argon und/oder Helium oder ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas zugeführt. Im Beispiel von Figur 1 a bei dem Werkstück 160a mit der Dicke da von 7 mm wird beispielsweise ein Argon-Helium-Gemisch als Schutzgas 131 a mit einer Menge von 15 l/min zugeführt, eine Stromstärke von z.B. 300 A eingestellt und der
Schweißprozess wird mit einer Schweißgeschwindigkeit von 20 cm/min durchgeführt. Im Beispiel der Figur 1 a wird eine I-Stoß Kantenvorbereitung durchgeführt.
Zum Schweißen des Werkstücks 160b im Beispiel von Figur 1 b mit der Dicke db von 1 1 mm wird beispielsweise ebenfalls das Argon-Helium-Gemisch als Schutzgas 131 b zugeführt, jedoch mit einer Menge von 20 l/min zugeführt. Es wird Stromstärke von z.B. 320 A eingestellt und der Schweißprozess wird mit einer Schweißgeschwindigkeit von 20 cm/min durchgeführt. Wie in Figur 1 b zu erkennen ist, wird eine U-Naht
Kantenvorbereitung mit einem Steg von beispielsweise 3 mm und einem
Öffnungswinkel von z.B. 60° durchgeführt. Bezuqszeichenliste
100 Schweißbrenner zum Wolfram-Inertgasschweißen
1 10 Wolf ramelektrode
1 1 1 kalottenförmiges Ende der Wolframelektrode
120 Lichtbogen
130 Schutzgasdüse
131 a Schutzgas
131 b Schutzgas
140 Stromkontaktrohr
150 Schweißstromquelle
160a Werkstück
160b Werkstück
161 Oxidschicht
162 Stichloch
163 Schmelzbad da Dicke des Werkstücks 160a
db Dicke des Werkstücks 160b
201 bis 232 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen,
- wobei eine Wolframelektrode (1 10) und ein zu schweißendes Werkstück (160, 160') mit Wechselstrom bestromt werden (201 ), wobei ein Lichtbogen (120) zwischen der Wolframelektrode (1 10) und dem zu schweißendem Werkstück (160, 160') brennt,
- wobei das zu schweißende Werkstück (160, 160') aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist,
- wobei wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') derart eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ), dass sich ein Stichloch (162) in dem zu schweißenden Werkstück (160, 160') bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs (162) während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs (162) nach Wegfall des Lichtbogens (120) erfolgen,
- wobei als der wenigstens ein Schweißparameter ein oder mehrere der
folgenden Parameter eingestellt wird: eine Stromstärke des Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases (131 , 131 '), eine Menge des zugeführten Schutzgases (131 , 131 ') und/oder eine Kantenvorbereitung.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der wenigstens eine Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ), welche für unterschiedliche Dicken des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') jeweils stichlochbegünstigende Werte für den wenigstens einen
Schweißparameter vorgeben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Kombination aus mehreren
Schweißparametern in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden
Werkstücks (160, 160') und in Abhängigkeit voneinander eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Stromstärke des Wechselstroms - ein Wert zwischen 270 A und 320 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),
- ein Wert zwischen 300 A und 340 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160') zwischen 8 mm und 12 mm beträgt (221 ),
- ein Wert zwischen 300 A und 350 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 12 mm ist (231 ).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die
Schweißgeschwindigkeit ein Wert zwischen 15 cm/min und 30 cm/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') größer als
5 mm ist (21 1 , 221 , 231 ).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Argon und/oder Helium oder ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an
Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas (131 , 131 ') zugeführt werden (21 1 , 221 , 231 ).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Menge des zugeführten Schutzgases (131 , 131 ')
- ein Wert zwischen 15 l/min und 20 l/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),
- ein Wert zwischen 18 l/min und 22 l/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160') größer als 8 mm ist (221 , 231 ).
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Kantenvorbereitung
- ein I-Stoß eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),
- eine U-Naht mit einem Steg von bis zu 8 mm und einem Öffnungswinkel von mindestens 50° eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden
Werkstücks (160') größer als 8 mm ist (221 , 231 ).
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Elektrode (1 10) mit einem kalottenförmigen Ende (1 1 1 ) als Wolframelektrode verwendet wird (21 1 , 221 , 231 ).
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter als der wenigstens eine Schweißparameter eingestellt wird: ein Abstand zwischen der Wolf ramelektrode (1 10) und dem zu schweißenden Werkstück (160, 160'), Position und Anstellung eines
Schweißbrenners (100) und/oder ein Durchmesser einer Schutzgasdüse (130) zum Zuführen des Schutzgases (131 , 131 ').
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung von Rohrleitungen.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung von Segmentkrümmern.
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