DE10007191C1 - Verfahren und Anordnung zum thermischen Fügen von metallischen Bauteilen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum thermischen Fügen von metallischen BauteilenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum thermischen Fügen von metallischen Bauteilen mittels Plasmaschweißen durch einen auf die Schweißstelle gerichteten Plasmastrahl, wobei die Schweißelektrode positiv gepolt ist. Erfindungsgemäß werden die Bauteile im Bereich der Schweißstelle durch eine vor dem Plasmastrahl geführte Wärmequelle bis nahe an die Schmelztemperatur des Werkstoffs der zu verbindenden Bauteile vorgewärmt. Hierzu ist dem Plasmabrenner ein Wolfram-Inertgas(WIG)-Schweißkopf vorgeschaltet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Fügen von metallischen
Bauteilen mittels Plasmaschweißen sowie eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
Das Plasmaschweißen mit positiv gepolter Elektrode ist bekannt (BOHLEN,
Christoph: Lehrbuch des Schutzgasschweißens, 2. Auflage, Verlag W.
Girardet, Essen, 1982, Seite 229, 245). Dieses Verfahren zeichnet sich
gegenüber anderen Verfahren durch eine sehr gute Reinigungswirkung und
eine hohe Nahtqualität aus. Aufgrund dieser Vorteile ist das Plasma-
Pluspolverfahren besonders geeignet für Schweißverbindungen bei hoch
beanspruchten Konstruktionen aus Aluminium, beispielsweise von
Kraftfahrzeugbauteilen, sowie für Schweißverbindungen, die in
nachgeschalteten Bearbeitungsschritten starke Umformungen erfahren, z. B.
durch Biegen oder Hydroformen.
Beim Plasma-Pluspolschweißen unterliegt die Schweißelektrode jedoch
außergewöhnlich hohen thermischen Belastungen. Aus diesem Grund muss
die Schweißstromstärke auf ca. 120 A begrenzt werden. Hieraus resultiert
eine entsprechend geringere Schweißleistung und eine verhältnismäßig
niedrige Schweißgeschwindigkeit von ca. 0,4 m/min. Das bekannte Plasma-
Pluspolschweißen stößt damit an seine Grenzen, insbesondere für eine
breite Anwendung bei einer hoch automatisierten und hoch produktiven
Massenfertigung, z. B. bei der Herstellung von Fahrwerkskomponenten für
Kraftfahrzeuge aus Aluminiumwerkstoffen.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum thermischen Fügen von
metallischen Bauteilen mittels Plasma-Pluspolschweißen aufzuzeigen, wel
che bei mindestens gleichen Qualitätsparametern der Schweißverbindungen
wesentlich höhere und damit produktivere Schweißgeschwindigkeiten er
möglichen.
Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die zu verbindenden Bauteile im Be
reich der Schweißstelle durch eine vor dem Plasmastrahl geführte Wärme
quelle erwärmt werden.
Die Erfindung sieht vor, im Bereich der Schweißzone vor dem eigentlichen
Plasmaschweißvorgang zusätzlich ausreichend Wärme zuzuführen, wo
durch die Wärmeleistung des Plasma-Pluspolverfahrens erheblich ergänzt
wird. Hierdurch kann pro Flächeneinheit eine wesentlich höhere Wärme
menge eingebracht werden, die entsprechend eine höhere Schweißge
schwindigkeit zulässt, und zwar bei zulässigen Schweißstromstärken wie
bisher. Folglich kann die Schweißleistung erheblich gesteigert werden.
Für die Praxis erscheinen Vorwärmtemperaturen, die zwischen 50% bis 99%
der Schmelztemperatur des jeweiligen Werkstoffs der Bauteile liegen, als
zweckmäßig, wie dies Anspruch 2 vorsieht.
Vorzugsweise werden die Bauteile im Bereich der Schweißzone bis in die
Nähe des Schmelzpunkts vorgewärmt. Hierdurch wird die in die Bauteile
abgeleitete Wärme spürbar kompensiert. Der Plasmabrenner bzw. Plasma-
Pluspolschweißkopf trifft in der Folge auf nahe an die Schmelztemperatur
vorgewärmte Fügematerialien ebenso wie auf vorgewärmte Zusatzmateria
lien, wie beispielsweise Schweißdraht, der gesondert zugeführt wird.
Um die Schweißparameter zweckentsprechend aufeinander abzustimmen
sieht Anspruch 3 vor, dass die Höhe der Vorwärmtemperatur regelbar ist.
Auf diese Weise kann die Vorwärmtemperatur in die Nähe des Schmelz
punkts der Fügematerialien gebracht werden. Beim Fügen von Aluminium
bauteilen beispielsweise wird eine Vorerwärmung der Bauteile auf Tempe
raturen zwischen 500°C und 650°C als zweckmäßig angesehen.
Der gegenständliche Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe
wird durch eine Anordnung nach Anspruch 4 gelöst. Danach ist vor dem
Plasmabrenner eine Vorwärmquelle angeordnet. Als Vorwärmquelle kommt
vorzugsweise ein Wolfram-Inertgas(WIG)-Schweißkopf zum Einsatz (An
spruch 5).
Eine für die Praxis vorteilhafte Ausführungsform besteht mithin in einer An
ordnung, bei der vor dem Plasmabrenner bzw. Plasmaschweißkopf ein kon
ventioneller WIG-Schweißkopf angeordnet ist. Der WIG-Schweißkopf reali
siert eine steuerbare Wärmezufuhr. Da die Leistung des WIG-Schweißkopfs
aufgrund von zulässigen Stromstärken, die über 400 A betragen können,
wesentlich höher liegen, erfolgt die Vorwärmung der Schweißzone in verfah
rensgerechter kurzer Zeit auf zweckentsprechende Temperaturen nahe der
Schmelztemperaturen der jeweiligen Werkstoffe.
Der nachfolgende Plasmastrahl trifft mit hoher Energie auf die bereits stark
erwärmte Schweißstelle. Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Ener
giekonzentration erfolgt dann das Aufschmelzen der Bauteile im Bereich der
Schweißstelle und deren innige Verbindung in kurzer Zeit. Hierdurch wird
eine hohe Schweißgeschwindigkeit erreicht, welche zudem den Verzug und
die Spannungen im Werkstück verringert. Die Schweißnahtqualität ent
spricht derjenigen einer konventionellen Plasma-Pluspolverschweißung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung sind besonders ge
eignet für den Einsatz in einer leistungsstarken Massenproduktion, vorzugs
weise bei der Fertigung von Fahrwerkskomponenten aus Leitmetallwerk
stoffen, insbesondere Aluminium. Die Steigerung der Schweißgeschwindig
keit führt hierbei zu einer bedeutenden Kostenreduktion.
Claims (5)
1. Verfahren zum thermischen Fügen von metallischen Bauteilen mittels
Plasmaschweißen durch einen auf die Schweißstelle gerichteten
Plasmastrahl, wobei die Schweißelektrode positiv gepolt ist, da
durch gekennzeichnet, dass die Bauteile im Bereich der
Schweißstelle durch eine vor dem Plasmastrahl geführte Wärme
quelle erwärmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorwärmtemperaturen zwischen 50% und 99% der
Schmelztemperatur des Werkstoffs der Bauteile liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die Höhe der Vorwärmtemperatur regelbar ist.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü
che 1 bis 3, welche einen Plasmabrenner mit positiv gepolter
Schweißelektrode umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Plasmabrenner eine Vorwärmquelle vorgeschaltet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorwärmquelle ein Wolfram-Inertgas(WIG)-Schweißkopf ist.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Bohlen, Christoph: Lehrbuch des Schutzgas- schweißens, 2.Aufl., Essen: W.Girardet, 1982. S.229, 245. ISBN 3-7736-2418-2 * |
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