DE102007006688B4

DE102007006688B4 - Schweißverfahren sowie dessen Anwendung

Info

Publication number: DE102007006688B4
Application number: DE102007006688A
Authority: DE
Inventors: Jochen Beissel; Thilo Reichel
Original assignee: EISENBAU KRAEMER MBH; Eisenbau Kramer Mbh
Current assignee: EISENBAU KRAEMER MBH; Eisenbau Kramer Mbh
Priority date: 2007-02-10
Filing date: 2007-02-10
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2027-02-11
Also published as: DE102007006688A1

Abstract

Schweißverfahren, bei dem an einem Werkstück zwei Schweißprozesse unter Herstellung einer Schweißverbindung und einer Plattierung mittels eines Plattierschweißprozesses durchgeführt werden, wobei als Plattierschweißprozess ein Elektroschlackeschweißprozess oder ein Plasmapulverschweißprozess durch-geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zum Herstellen der Schweißverbindung ein schlackefreier Verbindungsschweißprozess und im selben Arbeitsgang im Anschluss daran der Plattierschweißprozess durchgeführt werden, wobei als Verbindungsschweißprozess ein Laserschweißprozess durchgeführt wird und wobei der Plattierschweißprozess auf den Verbindungsschweißprozess in einem so kurzen zeitlichen und örtlichen Abstand durchgeführt wird, dass durch den nachgeordneten Plattierschweißprozess die Abkühlung des Verbindungsschweißprozesses zum Beeinflussen der Gefügestruktur und der dadurch bewirkten mechanischen Eigenschaften verlangsamt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißverfahren, bei dem an einem Werkstück zwei Schweißprozesse unter Herstellung einer Schweißverbindung und einer Plattierung mittels eines Plattierschweißprozesses durchgeführt werden, wobei als Plattierschweißprozess ein Elektroschlackeschweißprozess oder ein Plasma pulverschweißprozess durchgeführt wird.
Ein Schweißverfahren dieser Art ist in der DD 150 566 A angegeben, wobei als Schweißprozess lediglich ein Elektroschlacke-Schweißen genannt ist. Bei zu verbindenden plattierten Blechen wird als Badsicherung der Grundwerkstoffseite ein üblicher Kupferschuh 1 verwendet und ein metallurgisch abgestimmter Zusatzwerkstoff verwendet. Plattierungsseitig wird zur Begrenzung des Schmelzbades ein Formschuh angeordnet, der so gestaltet ist, dass nach dem Schweißen des Grundwerkstoffes ein ausreichender Raum zum Einbringen des hochlegierten Plattierungsschweißgutes vorhanden ist. Beim Schweißen der Plattierungslage wird gleichzeitig eine Wärmenachbehandlung der vorher hergestellten grundwerkstoffseitigen Schweißverbindung bewirkt. Diese Vorgehensweise zum Durchführen verschiedener Schweißgänge unter Aufbringen von Zusatzwerkstoffen mit verschieden ausgebildeten Schuhen erfordert einen relativ hohen fertigungstechnischen und zeitlichen Aufwand und ist z. B. bei der Rohrherstellung ungünstig.
In der US 6,683,268 B2 ist ein derartiges Schweißverfahren angegeben, bei dem zwei Schweißprozesse, nämlich ein Laserschweißprozess und ein Lichtbogenschweißprozess zum Herstellen einer Schweißverbindung in der Weise zum Verschweißen von Rohren miteinander kombiniert werden, dass der Laserstrahl und der elektrische Lichtbogen an derselben Stelle des Werkstückes gemeinsam zum Herstellen der Schweißverbindung wirksam sind. Mit diesen Maßnahmen soll die Geschwindigkeit des Schweißvorganges bei dünnwandigen Rohren relativ geringen Durchmessers dem Rohrformungsprozess angepasst und auch bei dickwandigen Rohren größeren Durchmessers die Bearbeitungsgeschwindigkeit auch durch Verringerung der Anzahl der Schweißdurchgänge erhöht wird. Dabei sind als Vorteile die höhere Geschwindigkeit des Laserschweißprozesses gegenüber dem Lichtbogenschweißprozess und die niedrigeren Anforderungen an die Präzision der Ausrichtung der zu verschweißenden Ränder bei dem Lichtbogenschweißprozess gegenüber dem Laserschweißprozess genannt. Es gibt jedoch andere Anwendungsfälle zum Herstellen von Schweißverbindungen mit Anforderungen, für die auch dieses bekannte Schweißverfahren keine befriedigende Lösung bietet, beispielsweise die Herstellung von Schweißverbindungen an plattierten Rohren oder Hohlkörpern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren bereit zu stellen, mit dem aus unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaute Werkstücke, beispielsweise Rohre oder andere Hohlkörper, bei möglichst geringem Aufwand zuverlässig miteinander verschweißt werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass zunächst zum Herstellen der Schweißverbindung ein schlackefreier Verbindungsschweißprozess und im selben Arbeitsgang im Anschluss daran der Platterschweißprozess durchgeführt werden, wobei als Verbindungsschweißprozess ein Laserschweißprozess durchgeführt wird und wobei der Plattierschweißprozess auf den Verbindungsschweißprozess in einem so kurzen zeitlichen und örtlichen Abstand durchgeführt wird, dass durch den nachgeordneten Plattierschweißprozess die Abkühlung des Verbindungsschweißprozesses zum Beeinflussen der Gefügestruktur und der dadurch bewirkten mechanischen Eigenschaften verlangsamt wird.
Mit diesen Maßnahmen mit der Durchführung unterschiedlicher Schweißfunktion kann z. B. ein aus unterschiedlichen Werkstoffen aufgebauter plattierter Hohlkörper, beispielsweise ein Rohr, in einem einzigen Schweißgang verschweißt und mit einem Auflagewerkstoff plattiert werden. Die Schweißvorgänge können durch Anwendung des Laserschweißprozesses und des Elektroschlackeschweißprozesses gleichzeitig in einem Schmelzbad oder getrennt, aber jedenfalls in demselben Arbeitsgang erfolgen, wodurch eine schnelle, zuverlässige Herstellung einer plattierten Schweißverbindung erreicht wird.
Dabei ist von Vorteil, dass als Verbindungsschweißprozess ein Laserschweißprozess durchgeführt wird, wobei durch den Laserschweißprozess eine zuverlässige Verbindung des Trägerwerkstoffes mit schmaler Schweißnaht erzielbar ist. Ferner ist von Vorteil, dass als Plattierschweißprozess ein Elektroschlackeschweißprozess oder ein Plasmapulverschweißprozess durchgeführt wird, wobei mit dem Elektroschlackeschweißprozess eine zuverlässige und stabile Nachplattierung des Auflagewerkstoffes erhalten wird. Und zudem werden eine hochwertige Qualität der Schweißverbindung und Plattierung dadurch begünstigt, dass der Plattierschweißprozess auf den Verbindungsschweißprozess in einem so kurzen zeitlichen und örtlichen Abstand durchgeführt wird, dass durch den nachgeordneten Plattierschweißprozess die Abkühlung des Verbindungsschweißprozesses zum Beeinflussen der Gefügestruktur und der dadurch bewirkten mechanischen Eigenschaften verlangsamt wird.
Eine vorteilhafte Anwendung des Schweißverfahrens besteht darin, dass es bei einem Werkstück aus einem Mehrkomponentenwerkstoff eingesetzt wird. Eine besonders vorteilhafte Anwendung besteht dabei darin, dass das Werkstück ein plattiertes Rohr ist, wobei mittels des Verbindungsschweißprozesses, insbesondere Laserschweißprozesses, der Trägerwerkstoff des Werkstücks verbunden und mittels des Plattierschweißprozesses, insbesondere Elektroschlackeschweißprozesses, der Auflagenwerkstoff nachplattiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. zeigt schematisch eine Schweißvorrichtung 10 mit einem Schweißprozessteil 15, der eine Verbindungsschweißeinrichtung 12, insbesondere Laserschweißeinrichtung, und eine dieser nachgeordnete Plattierschweißeinrichtung 13, insbesondere Elektroschlackeschweißeinrichtung, zum Herstellen einer Schweißnaht 14 an einem plattierten Rohr 1 (Clad-Rohr) aufweist, das in Pfeilrichtung relativ zu der Schweißvorrichtung 10 bewegt wird. Der Schweißprozessteil 15 steht über ein oder mehrere Steuerleitungen 16 in Signalverbindung, um den an dem Werkstück in Form des Rohres 1 durchzuführenden Schweißprozess zu steuern bzw. zu regeln.
Der Schweißvorgang besteht in einem durch die Verbindungsschweißeinrichtung 12, insbesondere Laserschweißeinrichtung, durchgeführten Verbindungsschweißen und einem im selben Arbeitsgang mittels der Plattierschweißeinrichtung 13, insbesondere Elektroschlackeschweißeinrichtung, durchgeführten Auftragsschweißen, wobei der Verbindungsschweißprozess dem Plattierschweißprozess zeitlich und örtlich vorläuft oder beide Schweißprozesse gleichzeitig in einem Schmelzbad durchgeführt werden, so dass sich eine Art Hybridverfahren ergibt.
Das auf diese Weise kombinierte Schweißverfahren dient z. B. zur Herstellung von plattierten Stahlrohren etwa für die Gas- oder Ölindustrie und die chemische Industrie. Dabei werden in dem plattierten Rohr 1 oder Hohlkörper unterschiedliche Werkstoffe in einem Schweißgang miteinander verschweißt und plattiert. Der Laserschweißprozess verbindet den Trägerstahl, während der Elektroschlackeschweißprozess z. B. die Nachplattierung des Auflagewerkstoffes gleichzeitig oder kurz danach durchführt.
Da das Schweißen der Rohre 1 bzw. Hohlkörper in einem Arbeitsgang erfolgt, trägt der Schweißprozess zur rationellen Fertigung bei. Mit dem Verbindungsschweißprozess bzw. Laserschweißprozess kann der Trägerwerkstoff mit oder ohne Schweißzusätze geschweißt werden, während der Auflagewerkstoff mit dem Plattierschweißverfahren, insbesondere Elektroschlackeschweißverfahren mit einem passend ausgewählten Schweißzusatz nachplattiert wird. Da der Verbindungsschweißprozess und der Plattierschweißprozess gleichzeitig oder in einem entsprechend kurz gewählten zeitlichen und gegebenenfalls örtlichen Abstand aufeinander folgend durchgeführt werden, wird auch eine günstige Beeinflussung der Gefügestruktur bewirkt, durch die die mechanischen Eigenschaften des verschweißten Werkstücks vorteilhaft beeinflusst werden und auch seine Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse gesteigert werden kann.
Durch die Kombination der beiden genannten Schweißprozesse ist es möglich, z. B. Clad-Rohre oder Hohlkörper mit unterschiedlichen Werkstoffen in einer relativ kurzen Zeit herzustellen. Zudem können durch die Kombination des Laserschweißprozesses und des Elektroschlackeschweißprozesses schmale Nachplattierungsschweißnähte, verglichen mit derzeitigen Verfahren, realisiert werden. Auch dadurch werden die Herstellungskosten der Rohre bzw. anderer Werkstücke reduziert.

Claims

Schweißverfahren, bei dem an einem Werkstück zwei Schweißprozesse unter Herstellung einer Schweißverbindung und einer Plattierung mittels eines Plattierschweißprozesses durchgeführt werden, wobei als Plattierschweißprozess ein Elektroschlackeschweißprozess oder ein Plasmapulverschweißprozess durch-geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zum Herstellen der Schweißverbindung ein schlackefreier Verbindungsschweißprozess und im selben Arbeitsgang im Anschluss daran der Plattierschweißprozess durchgeführt werden, wobei als Verbindungsschweißprozess ein Laserschweißprozess durchgeführt wird und wobei der Plattierschweißprozess auf den Verbindungsschweißprozess in einem so kurzen zeitlichen und örtlichen Abstand durchgeführt wird, dass durch den nachgeordneten Plattierschweißprozess die Abkühlung des Verbindungsschweißprozesses zum Beeinflussen der Gefügestruktur und der dadurch bewirkten mechanischen Eigenschaften verlangsamt wird.
Anwendung des Schweißverfahrens nach Anspruch 1 bei einem Werkstück aus einem Mehrkomponentenwerkstoff.
Anwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein plattiertes Rohr (1) ist, wobei mittels des Laserschweißprozesses der Trägerwerkstoff des Werkstücks verbunden und mittels des Plattierschweißprozesses, insbesondere Elektroschlackeschweißprozesses, der Auflagenwerkstoff nachplattiert wird.