Beeinflussung der Wärmeeinbringung beim Elektrogasschweißen durch modifizierte Lichtbogentechnik

Bedingt durch ungünstige Bauteilabmessungen sind in der Fügetechnik lange senkrechte Schweißnähte durch den Konstrukteur nicht immer zu vermeiden. Dieses ist vor allem im Schiffbau sowie im Tank- und Behälterbau gegeben, wo eine Veränderung der Schweißposition aufgrund der Größe der Bauteile nahezu unmöglich ist. Das Elektrogasschweißen ist als mechanisiertes Schweißverfahren für diese Schweißposition entwickelt worden und stellt hierfür aus wirtschaftlicher Sicht den geeignetsten Fügeprozess dar. Diese können aber aufgrund hoher Wärmeenergie und einer daraus resultierenden Werkstoffschädigung aus technischen Gründen bei hoch- und höherfesten Stählen nicht eingesetzt werden. In der Vergangenheit wurden viele Bemühungen unternommen, um diese hohe Wärmeeinbringung zu reduzieren. Hierbei ging der Ansatz jedoch oftmals in die gleiche Richtung. Es wurde versucht mit Hilfe der überschüssigen Wärme im Schmelzbad zusätzlichen Zusatzwerkstoff abzuschmelzen und so eine Schweißgeschwindigkeitssteigerung zu erreichen. Durch diese Maßnahme wurden die metallurgischen Auswirkungen und nicht die eigentliche Ursache der hohen Wärmeeinbringung beeinflusst und führten bei hoch- und höherfesten Stahlwerkstoffen zu keinem befriedigenden Schweißergebnis. Für eine geeignete Verbesserung des Elektrogasschweißens mit dem Ziel der Energiereduzierung wurden in dieser Arbeit zunächst Randbedingungen des Standardprozesses optimiert. Dieses waren der Durchmesser des Zusatzdrahtes und das eingesetzte Schweißschutzgas. Im Weiteren wurden prozesstechnische Optimierungen des Elektrogasschweißens entwickelt. Die Anwendung moderner Lichtbogenschweißprozesse führte zu einer Reduzierung des Wärmeeintrags. Bei Schweißungen mit einem Zusatzdraht wurden zum einen die Impulslichtbogentechnik und zum anderen der forcierte Sprühlichtbogen, der sich durch einen deutlich erhöhten Lichtbogendruck auszeichnet, erprobt. Beide Methoden führten zu einem ähnlichen Wärmeeintrag in den Grundwerkstoff und können daher als gleichwertig eingestuft werden. Eine zusätzliche Verringerung des Wärmeeintrags konnte durch die Überlagerung eines Pulsens mit mittlerer und hoher Frequenz beim forcierten Sprühlichtbogen erreicht werden, die den Lichtbogendruck noch weiter erhöhte. Diese erweiterte Methode führte bei den Schweißungen mit einem Zusatzdraht zu den besten Schweißergebnissen und ist daher bei einer Forderung von energiereduzierten Schweißungen mit einem Zusatzdraht zu bevorzugen. Für die Anwendung moderner Zweidrahtverschaltungen beim Elektrogasschweißen wurden geeignete Verfahrensvarianten in Vorversuchen erprobt. Insgesamt standen drei beim EG-Schweißen noch nicht genutzte Verschaltungsvarianten zur Verfügung, die zum einen auf dem Lichtbogenspritzen sowie dem UP-Paralleldrahtschweißen und zum anderen auf dem DE-GMAW aufbauten. Mit Erfolg erprobt werden, konnte nur die dritte Verschaltungsvariante, die dem Konzept des DE-GMAW mit MSG-Bypasselektrode entspricht. Die Ergebnisse der hier durchgeführten Arbeiten zeigen, dass das Elektrogasschweißen für lange senkrechte Schweißnähte auch an hoch- und höherfesten Feinkornbaustählen mit Erfolg eingesetzt werden kann. Hierfür wurde durch optimierte Schweißprozesse die Zähigkeit der geschweißten Werkstoffe verbessert. Als Grundlage dienten Zähigkeitsanforderungen an die Werkstoffe, die durch die Richtlinie des Germanischen Lloyd oder die DIN EN 10025-6 gegeben waren. Durch die geeignete Wahl der Prozesstechnik und des Zusatzmaterial konnten diese bei allen untersuchten Versuchswerkstoffen erfüllt werden.