DE102013102169A1

DE102013102169A1 - Verfahren zur Verbindung zweier benachbarter Stahlbleche mittels eines MSG-Schweißprozesses

Info

Publication number: DE102013102169A1
Application number: DE102013102169.7A
Authority: DE
Inventors: Fritz Lehker; Franz Gesthuysen; Julio Enrique Fuentes Munoz
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH
Current assignee: Mitsubishi Power Europe GmbH
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014135234A1

Abstract

Mit einem Verfahren zur befestigenden Verbindung zweier benachbarter und zumindest annähernd aufeinander aufliegender oder aneinander anliegender Stahlbleche (1, 2) mittels eines MSG-Schweißprozesses, wobei eines der beiden Stahlbleche (1) eine punktuell ausgebildete Durchbrechung (3) aufweist, soll ein zu bisherigen Befestigungstechniken und Befestigungsverfahren alternatives, kostengünstiges und technologisch sicher handhabbares Schweißverfahren bereitgestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass eine MSG-Schweißelektrode in die punktuell ausgebildete Durchbrechung (3) eines ersten der beiden Stahlbleche (1), insbesondere eines Innenverkleidungsbleches, vorzugsweise einer Panzerplatte, bis in den Bereich des zweiten der beiden Stahlbleche (2), insbesondere eines Basisbleches, abgesenkt, der innenliegende Innenwandbereich der Durchbrechung (3) mit dem zweiten Stahlblech (2), insbesondere Basisblech, unter Ausbildung einer Wurzel- oder Verbindungslage (4) wurzelverschweißt und das Ende der MSG-Schweißelektrode unter weiterem Abschmelzen der MSG-Schweißelektrode bis zur Verfüllung der Durchbrechung (3) mit einer Fülllage (5) aus MSG-Schweißelektrodenmaterial langsam aus der Durchbrechung (3) des ersten Stahlblechs (1), insbesondere Innenverkleidungsblechs, vorzugsweise Panzerplatte, heraus bewegt wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur befestigenden Verbindung zweier benachbarter und zumindest annähernd aufeinander aufliegender oder aneinander anliegender Stahlbleche mittels eines MSG-Schweißprozesses, wobei eines der beiden Stahlbleche eine punktuell ausgebildete Durchbrechung aufweist.
Im konstruktiven Stahlbau und im Maschinenbau besteht häufig die Notwendigkeit, Stahlbleche oder Stahlplatten miteinander zu verbinden. Als ein besonders geeignetes Verfahren zur Verbindung derartiger Bauteile hat sich das Schweißen herausgestellt. Ein seit Jahren bekanntes Schweißverfahren stellt dabei das Lichtbogenschweißen dar. Hierbei wird häufig mit von Hand oder aber in neuerer Zeit auch maschinell geführten Elektroden ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem zu schweißenden Stahlblech erzeugt und unter Abschmelzen der üblicherweise stabfömigen und umhüllten Schweißelektrode eine Schweißnaht ausgebildet. Zu diesen Lichtbogenschweißverfahren gehört auch das Metallschutzgas-Schweißen (MSG), welches wahlweise als so genanntes MIG-Schweißen (Metallschweißen mit inerten Gasen, EN ISO 4063: Prozess 131) oder als MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven-reaktionsfähigen-Gasen, EN ISO 4063: Prozess 135) durchgeführt wird. Der Begriff Metallschutzgasschweißen (MSG) stellt also den technischen Oberbegriff dar. Das, ggf. teilmechanische, Metallschutzgasschweißen (MSG) ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei welchem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit gewünschtenfalls veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird, wobei gleichzeitig mit dem Drahtvorschub der Schweißstelle über eine Düse ein Schutz- oder Mischgas zugeführt wird. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO₂ oder einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen an CO₂ und/oder O₂ gearbeitet. Beim Metallinertgasschweißen (MIG) wird als Edelgas Argon oder Helium verwendet. Das MAG-Verfahren wird hauptsächlich bei Stählen eingesetzt, wohingegen das MIG-Verfahren bevorzugt bei Nichteisen-Metallen eingesetzt wird. Die gebräuchlichen Schweißdrahtdurchmesser liegen zwischen 0,8 und 2,4 mm.
Mit dem Metallschutzgasschweißen (MSG) werden Längsnähte, Quernähte oder Rundnähte an Stahlblechen oder Stahlbauteilen gelegt.
Nun ist es aber nicht in allen Fällen sinnvoll und zweckmäßig oder gewünscht, miteinander zu verbindende Stahlbleche oder Stahlplatten mittels einer oder mehrerer Längs- und/oder Quernähte oder mittels einer Rundnaht miteinander zu verbinden. Häufig besteht das Bedürfnis, einander benachbarte Stahlbleche oder Stahlplatten punktuell im Bereich ihrer aufeinander liegenden Flächen miteinander zu verbinden. Beispielsweise besteht dieses Bedürfnis bei der Herstellung von Kohlebunkern, in welchen bei Kohlekraftwerken die Kohlevorräte bereitgehalten werden. Derartige Kohlebunker weisen eine Konstruktion auf, die aus einer Basiswandung oder Bunkerplatte und einer darauf befestigten und mit der ersteren verbundenen Innenverkleidung besteht. Die Innenverkleidung besteht aus einzelnen Innenverkleidungsblechen oder Panzerplatten, die auf die als Basisblech ausgebildete Außenwandung oder Bunkerplatte aufgebracht ist. Die Innenverkleidung ist notwendig, damit die feuchte, bitumöse Kohle nicht an der Bunkerwandung anhaftet und kleben bleibt, aber auch als Abriebschutz. Derartige Innenverkleidungsbleche oder Panzerplatten werden bisher dadurch mit den Basisblechen befestigend verbunden, dass sie angeschraubt werden oder angenietet werden oder mit Längs- oder Quernähten unter Wurzelbildung mittels Kehlnähten miteinander verschweißt werden. Dies ist mit der Ausbildung relativ langer Schweißnähte und damit einem entsprechenden Schweißelektrodenverbrauch und längerer Prozesszeiten verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zu den bisherigen Befestigungstechniken und Befestigungsverfahren alternatives, kostengünstiges und technologisch sicher handhabbares Schweißverfahren bereitzustellen.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine MSG-Schweißelektrode in die punktuell ausgebildete Durchbrechung eines ersten der beiden Stahlbleche, insbesondere eines Innenverkleidungsbleches, vorzugsweise einer Panzerplatte, bis in den Bereich des zweiten der beiden Stahlbleche, insbesondere eines Basisbleches, abgesenkt, der innenliegende Innenwandbereich der Durchbrechung mit dem zweiten Stahlblech, insbesondere Basisblech, unter Ausbildung einer Wurzel- oder Verbindungslage wurzelverschweißt und das Ende der MSG-Schweißelektrode unter weiterem Abschmelzen der MSG-Schweißelektrode bis zur Verfüllung der Durchbrechung mit einer Fülllage aus MSG-Schweißelektrodenmaterial langsam aus der Durchbrechung des ersten Stahlblechs, insbesondere Innenverkleidungsblechs, vorzugsweise Panzerplatte, heraus bewegt wird.
Mit der Erfindung wird also ein Verfahren bereitgestellt, bei welchem kontinuierlich mit einem MSG-Schweißverfahren in einem MSG-Schweißprozess eine Wurzelbindung zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Stahlblechen im Grunde der Durchbrechung des ersten Stahlbleches hergestellt und anschließend kontinuierlich das Loch bzw. die Durchbrechung mit abschmelzendem MSG-Schweißelektrodenmaterial verfüllt wird. Hierdurch lässt sich gegenüber der sonstigen Ausbildung längerer Längs- oder Quernähte Schweißmaterial und Prozesszeit, d. h. insbesondere Schweißzeit, einsparen, so dass ein kostengünstiges Schweißverfahren bereitgestellt wird. Dieses ist auch technologisch sicher handhabbar, da es keine technischen Probleme bereitet, eine Wurzelnaht auszuführen und anschließend den verbleibenden, in der Stärke der Durchbrechung und damit des Stahlbleches ausgebildeten Verfüllraum mit flüssigem und erstarrendem Schweißelektrodenmaterial zu verfüllen.
Um im Bereich der Wurzelverbindung eine besonders gute Verbindung zwischen dem ersten Stahlblech, insbesondere dem Basisblech, und dem daran anliegenden zweiten Stahlblech, insbesondere Innenverkleidungsblech, vorzugsweise Panzerplatte, herzustellen, empfiehlt es sich gemäß Ausgestaltung der Erfindung für den Zeitraum der Herstellung dieser Wurzelnaht oder Wurzelbindung die MSG-Schweißelektrode mit einer erhöhten Stromstärke zu beaufschlagen. Hierbei wird unter erhöhter Stromstärke eine solche verstanden, die gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke, d. h. der ihrem normalen Arbeitspunkt beim Schweißen entsprechenden Stromstärke, erhöht ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Wurzelschweißen auch das an die Durchbrechung angrenzende Material des zweiten Bleches, insbesondere des Basisbleches, aber auch der innenliegende Randbereich des ersten Stahlbleches, insbesondere das Innenverkleidungsblech, ausreichend aufgeschmolzen wird, so dass sich eine saubere und metallurgisch einwandfreie Schweißnahtverbindung im Wurzelbereich ausbildet. Hierbei ändert sich dieser und ändern sich weitere, insbesondere die nachstehend aufgeführten Schweißparameter mit der Variation der Blechdicke, des Werkstoffes und des Durchmessers der punktuell ausgebildeten Durchbrechung oder Lochung.
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode während der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage mit einer im Bereich von 110–155%, vorzugsweise 120–140%, insbesondere 128–132%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke liegenden erhöhten Stromstärke durchgeführt wird.
Dieser Bereich oder Abschnitt des erfindungsgemäßen MSG-Schweißprozesses findet vorteilhafterweise während eines Zeitraumes statt, der 10 bis 30% der Gesamtschweißprozesszeit ausmacht. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode während der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage mit der gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke erhöhten Stromstärke über 9–25%, insbesondere 14–20%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Das Verfüllen des von der Durchbrechung gebildeten Verfüllraumes erfolgt dann zweckmäßigerweise mit der auslegungsgemäß bei der Verwendung der jeweiligen Schweißelektrode für den jeweiligen Anwendungsfall vorgesehenen Stromstärke, hier als Anwendungsauslegungsnormalstromstärke bezeichnet, statt. In Weiterbildung sieht die Erfindung daher vor, dass die MSG-Schweißelektrode nach der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage mit 90–110%, vorzugsweise 100%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beaufschlagt und unter Einbringung einer Fülllage langsam aus der Durchbrechung heraus bewegt wird.
Diese Beaufschlagung mit der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke erfolgt über einen Zeitraum, der 10 bis 40% der MSG-Gesamtschweißprozesszeit ausmacht. Die Erfindung sieht daher in Ausgestaltung zudem weiterhin vor, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode nach der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage mit 90–110%, vorzugsweise 100%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke über 15–30%, insbesondere 20–25%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Um zu vermeiden, dass Verfüllmaterial nach Abschluss des MSG-Schweißprozesses aus der Oberfläche des ersten Stahlbleches, vorzugsweise Innenverkleidungsbleches, hervorsteht und daher keine Nachschleifarbeiten notwendig werden, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass die MSG-Schweißelektrode, insbesondere zur Vervollständigung der Verfüllung der Durchbrechung, vorzugsweise der Einbringung der Fülllage nachfolgend, mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke beaufschlagt wird.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke mit einer im Bereich von 10–70%, vorzugsweise 15–60%, insbesondere 20–50%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke liegenden verringerten Stromstärke durchgeführt wird.
Hierbei ist es dann zudem besonders vorteilhaft, wenn die Absenkung der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke über einen Zeitraum erfolgt, der zwischen 40 und 80% der Gesamtschweißprozesszeit stattfindet. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit der gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke über 45–75%, insbesondere 59–67%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen MSG-Schweißverfahrens oder MSG-Schweißprozesses kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen sein, dass der MSG-Schweißprozess mit einer Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes der MSG-Schweißelektrode von 5–15 m/min, vorzugsweise 8–12 m/min, durchgeführt wird.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dickeren Stahlblechen oder Stahlplatten. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass der MSG-Schweißprozess an Stahlblechen durchgeführt wird, die eine Stärke von > 5 mm, insbesondere > 10 mm, aufweisen.
Um insbesondere größere Stahlbleche auf einem Basisblech oder einem Konstruktionsblech sicher befestigen zu können, sind häufig mehrere, insbesondere lochförmig ausgebildete, Durchbrechungen notwendig, die über die Oberfläche des jeweiligen Innenverkleidungsbleches oder ersten Stahlbleches verteilt ausgebildet sind. Um derartige Löcher oder lochartige Durchbrechungen nicht bohren zu müssen, sondern ausstanzen zu können, ist es zweckmäßig, dass deren Durchmesser nicht größer als die jeweilige Stahlblech- oder Stahlplattendicke ausgebildet ist. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin auch dadurch aus, dass der MSG-Schweißprozess an einem zu einem zweiten Stahlblech, insbesondere Basisblech, benachbarten ersten Stahlblech, insbesondere Innenverkleidungsblech, vorzugsweise eine Panzerplatte, durchgeführt wird, dessen Durchbrechung einen der Stärke (H) des ersten Stahlbleches entsprechenden, insbesondere kreisförmigen, Öffnungsquerschnitt oder Durchmesser (D) aufweist.
Insbesondere lassen sich auch so genannte Schwarz-Weiß-Verbindungen in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführen. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass der MSG-Schweißprozess an einem Innenverkleidungsblech, insbesondere einer Panzerplatte, durchgeführt wird, wobei das Innenverkleidungsblech, insbesondere die Panzerplatte, aus dem Material X3Cr12 und das Basisblech aus dem Material S 235 oder S 355 besteht. Hierbei sind die Stahlbezeichnungen oder Werkstoffbezeichnungen gemäß der Norm EN 10025 benannt. Wobei das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch unter Anpassung der Schweißparameter für andere Materialpaarungen einsetzbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird kontinuierlich von der Wurzelbildung bis zum Ende der Verfüllung des durch die Durchbrechung definierten Verfüllraumes durchgeführt, so dass die Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass der MSG-Schweißprozess kontinuierlich von der Bildung der Wurzel- oder Verbindungslage bis zur Verfüllung der Durchbrechung durchgeführt wird.
Hierbei kann in vorteilhafter Weise, wie es bei MSG-Schweißverfahren üblich ist, vorgesehen sein, dass vor dem Beginn des eigentlichen MSG-Schweißprozesses ein, insbesondere in die zu verfüllende Durchbrechung hinein gerichtetes, Gasvorströmen durchgeführt wird und/oder nach dem Beginn des eigentlichen MSG-Schweißprozesses ein insbesondere auf die verfüllte Durchbrechung ausgerichtetes, Gasnachströmen durchgeführt wird.
Um mit dem MSG-Schweißverfahren oder dem MSG-Schweißprozess die Wurzelbildung ausreichend sicher und mit einer ausreichenden metallurgischen Qualität ausbilden zu können, dürfen die miteinander zu verschweißenden Stahlbleche nicht zu weit voneinander entfernt, d. h. nicht unter Ausbildung eines zu großen Spaltes, angeordnet sein. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Stahlblech sollte ≤ 2 mm sein. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass der MSG-Schweißprozess zur Befestigung eines mit einem Abstand von 0–2 mm, vorzugsweise mit einem Abstand von ≤ 1,5 mm, auf oder an dem zweiten Stahlblech auf- oder anliegenden ersten Stahlblech, insbesondere Innenverkleidungsblech, insbesondere eine Panzerplatte, durchgeführt wird.
Von Vorteil ist es zudem auch, wenn das Verfahren als MAG-Schweißverfahren durchgeführt wird, weshalb die Erfindung in weiterer Ausgestaltung zudem vorsieht, dass der MSG-Schweißprozess als MAG-Schweißverfahren gemäß der Norm EN ISO 4063: Prozess 135, insbesondere als MAG-Impulsschweißverfahren, durchgeführt wird.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Herstellung von Kohlebunkern von Kohlekraftwerken geeignet. Die Erfindung sieht daher ferner auch die Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung der Innenverkleidung eines Kohlebunkers eines Kohlekraftwerkes vor. Auch wenn das Verfahren für die Blechbefestigung bei Kohlebunkern entwickelt wurde, ist es dennoch bei allen Schweiß-Verbindungen von Stählen (Verbindung von schwarz-schwarz-Stählen oder schwarz-weiß-Stählen), bei denen Bleche aufeinander fixiert werden sollen und zwischen den Blechen Schwerkräfte mittels der Schweißpunkte übertragen werden sollen, anwendbar. Grundsätzlich wird mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, in den unterschiedlichsten Einsatzgebieten zwei Bleche wirtschaftlich günstig und statisch sicher mittels einer Schweißverbindung miteinander zu verbinden und aneinander zu befestigen.
Schließlich zeichnet sich die Erfindung auch durch ein Bauteil aus, das zwei aufeinander oder aneinander liegende Stahlbleche umfasst und das nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
1 in schematischer Querschnittsdarstellung einen Bereich einer punktuellen Schweißverbindung,
1a eine Aufsicht auf eine punktuelle Durchbrechung in dem in 1 schraffiert dargestellten ersten Stahlblech,
2 schematisch den prinzipiellen Verlauf der Schweißstromstärke während der Durchführung des erfindungsgemäßen MSG-Schweißprozesses beim Verschweißen einer punktuell ausgebildeten Durchbrechung und in
3 den Verlauf der Schweißstromstärke und der Schweißspannung bei der Durchführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen MSG-Schweißprozesses.
Die 1 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung ein erstes Stahlblech 1, bei welchem es sich um ein Innenverkleidungsblech oder eine Panzerplatte eines Kohlebunkers eines Kohlekraftwerkes handeln kann. Dieses erste Stahlblech 1 liegt unmittelbar auf einem zweiten Stahlblech 2 auf, bei welchem es sich um ein Basisblech, was auch eine Last tragende Wand sein kann, oder im Falle eines Kohlebunkers ein Bunkerblech (als Last tragende Wand) oder eine Bunkerplatte handeln kann. Das erste Stahlblech 1 und das zweite Stahlblech 2 liegen unmittelbar aufeinander. Es ist aber auch möglich, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen von erstem Stahlblech 1 und zweitem Stahlblech 2 ein Spalt von maximal 2 mm, vorzugsweise von bis zu 1,5 mm, ausgebildet ist. Das erste Stahlblech 1 weist mindestens eine punktuell ausgebildete Durchbrechung 3, vorzugsweise aber mehrere, gleichmäßig über die Grundfläche des ersten Stahlbleches 1 verteilt angeordnete punktuell ausgebildete Durchbrechungen 3 auf. Der Durchmesser D der Durchbrechung 3 ist gleich oder annähernd gleich der Dicke oder Stärke H des ersten Stahlbleches 1 ausgebildet, so dass sich die im vorliegenden Fall als zylinderförmiges Loch oder zylinderförmige Bohrung ausgebildete punktuelle Durchbrechung 3 mittels eines üblichen Stanzverfahrens in das Material des ersten Stahlbleches 1 stanzen lässt.
Das erste Stahlblech 1 und das zweite Stahlblech 2 sind mittels einer befestigenden Verbindung fest miteinander verbunden. Diese befestigende Verbindung ist mittels eines MSG(MetallSchutzGas)-Schweißprozesses hergestellt, mittels welchem in der punktuellen Durchbrechung 3 eine wurzelverschweißte Wurzel- oder Verbindungslage 4 und eine Fülllage 5 ausgebildet wird, die metallurgisch und stoffflüssig miteinander sowie mit den angrenzenden Bereichen von erstem Stahlblech 1 und zweitem Stahlblech 2 verbunden sind. Hierdurch ist eine das erste Stahlblech 1 und das zweite Stahlblech 2 fest verbindende Schweißverbindung ausgebildet und hergestellt. Das von der Durchbrechung 3 umgebene Volumen bildet einen Verfüllraum aus, der mit Elektrodenmaterial in Form der Wurzel- oder Verbindungslage 4 und der Fülllage 5 vollständig ausgefüllt ist.
Die Herstellung dieser die Wurzel- oder Verbindungslage 4 und die Fülllage 5 umfassenden und zudem nicht über die dem zweiten Stahlblech 2 abgewandte Oberflächenseite des ersten Stahlbleches 1 hervorstehende Schweißverbindung wird mittels eines MSG-Schweißprozesses hergestellt, der schematisch anhand des Verlaufes der dabei verwendeten Schweißstromstärke in der 2 dargestellt ist. Nach einem in etwa eine halbe bis eine Sekunde dauernden Gasvorströmen 6 wird zur Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage 4 die zu diesem Zwecke bis in den Grund der punktuellen Durchbrechung 3 hinabgesenkte MSG-Schweißelektrode mit einem Schweißstrom beaufschlagt, dessen Stromstärke im Bereich von 110 bis 155% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke der verwendeten MSG-Schweißelektrode liegt, die unter den jeweiligen Rahmenbedingungen wie Blechdicken, zu verschweißende Blechmaterialien, Schweißelektrodendrahtdicke, Vorschubgeschwindigkeit, als Stromstärke im eigentlichen Schweißarbeitspunkt oder Schweißarbeitsbereich vorgegeben ist. In der 2, in welcher die Anwendungsauslegungsnormalstromstärke in Prozent über dem Zeitverlauf des MSG-Schweißprozesses in Prozent aufgetragen ist, ist dieser Bereich oder Abschnitt der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage 4 mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. In dieser schematischen Darstellung wird die MSG-Schweißelektrode in dem Bereich 7 über eine 24% der Gesamtzeit des MSG-Schweißprozesses entsprechende Zeitspanne mit einer Stromstärke beaufschlagt, die 150% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beträgt. An diesen Bereich 7 schließt sich der in 2 mit 8 bezeichnete Bereich der Einbringung der Fülllage 5 an, während welchem die MSG-Schweißelektrode mit in dieser Darstellung 100% ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beaufschlagt und unter Abschmelzen langsam aus der Durchbrechung 3 heraus bewegt wird. Dieser Zeitabschnitt oder -bereich 8 dauert im Ausführungsbeispiel gemäß der 2 ebenfalls 24% der Gesamtdauer des MSG-Schweißprozesses.
Daran schließt sich ein weiterer Bereich 9 an, der den Abschluss des eigentlichen MSG-Schweißprozesses darstellt, in welchem die Stromstärke deutlich heruntergefahren wird, um dem sich in der Durchbrechung 3 bildenden Schmelzbad Wärme zu entziehen und die Durchbrechung 3 ohne Ausbildung eines Endkraters oder Endhügels mit möglichst ebenem Abschluss zu der angrenzenden Oberfläche des ersten Stahlbleches 1 zu verfüllen. Im Ausführungsbeispiel wird die MSG-Schweißelektrode nun nur noch mit einer 30% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke entsprechenden Schweißstromstärke beaufschlagt. An das Ende des Bereiches 9 und damit des eigentlichen MSG-Schweißprozesses schließt sich dann noch ein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Gasnachströmen an.
Insgesamt zeichnet sich das in der 2 somit schematisch dargestellte erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass ein MSG-Schweißprozess Anwendung findet, bei welchem in einem ersten Bereich 7 mit einem Startstrom zunächst eine Wurzel- oder Verbindungslage 4 hergestellt wird, wobei die MSG-Schweißelektrode während dieser Herstellung oder Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage 4 mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke (100%) erhöhten Stromstärke beaufschlagt wird. Anschließend wird in einem zweiten Bereich 8 mit einem Schweißstrom die Fülllage 5 ausgebildet, wobei während dieser Zeitspanne die MSG-Schweißelektrode mit zumindest annähernd mit ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beaufschlagt wird. Daran schließt sich dann ein dritter Bereich 9 mit einem Endstrom an, in welchem dem sich durch die Ausbildung der Fülllage 5 bildenden Schmelzbad Wärme entzogen wird, wobei in diesem Bereich 9 die MSG-Schweißelektrode mit einer Stromstärke beaufschlagt wird, die niedriger, insbesondere deutlich niedriger, als ihre Anwendungsauslegungsnormalstromstärke ist.
Im Bereich 7 wird der MSG-Schweißprozess mit einer Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit einer Stromstärke, die 110 bis 155% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beträgt, durchgeführt. Die Dauer dieses Zeitraumes oder -bereiches 7 liegt zwischen 9 und 25% der Gesamtschweißprozesszeit. Im Bereich 8 wird die MSG-Schweißelektrode mit 90 bis 110% ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beaufschlagt. Die Dauer des Bereiches 8 liegt zwischen 15 und 30% der Gesamtschweißprozesszeit. Im Bereich 9 wird die MSG-Schweißelektrode mit einer Stromstärke beaufschlagt, die zwischen 10 und 70% ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke liegt. Die Dauer dieses Zeitabschnittes oder -bereiches 9 beträgt 45 bis 75% der Gesamtschweißprozesszeit.
In der 3 ist im oberen Teilbild der Verlauf der Schweißstromstärke während der Durchführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen MSG-Schweißprozesses dargestellt. Das untere Teilbild zeigt den Verlauf der dazu korrespondierenden Schweißspannung während der Durchführung dieses beispielhaften MSG-Schweißprozesses. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 3 wird ein aus einem einfachen Baustahl S 235 oder S 355 bestehendes erstes Stahlblech mit einer Dicke von 12 mm mit einem aus dem Stahlwerkstoff X3Cr12 bestehenden zweiten Stahlblech 2, das ebenfalls eine Dicke oder Stärke von 12 mm aufweist, verschweißt. Als Schweißverfahren wird ein MAG(MetallAktivGas)-Schweißverfahren mit pulsierender Stromstärke (Impulsschweißverfahren) durchgeführt, wobei das Schutzgas aus 82% Argon und 18% CO₂ (jeweils Volumenprozent) besteht. Die Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beträgt 300 Ampere (A). Die MSG-Schweißelektrode besteht aus dem Werkstoff mit der Werkstoffnummer 1.4332, weist einen Durchmesser von 1,2 mm auf und wird mit einem Drahtvorschub von 11,5 m/min während des Schweißens bewegt, wobei die MSG-Schweißelektrode in einer Düse, vorzugsweise einer Stromkontaktdüse geführt wird, die von einer das Aktivgas oder Schutzgas ausströmenden Schutzgasdüse konzentrisch umgeben ist. Nach dem Schweißen der Wurzel- oder Verbindungslage 4 wird diese die Schweißelektrodenzuführung mit Stromkontaktdüse und Schutzgasdüse umfassende Düse mit einer solchen Bewegung und Geschwindigkeit von der Durchbrechung 3 fortbewegt, dass unter Berücksichtigung der jeweils gewählten fortlaufenden Drahtvorschubgeschwindigkeit die jeweilige Elektrodenspitze langsam in der Durchbrechung 3 nach oben und langsam aus der Durchbrechung 3 heraus bewegt wird, so dass die Fülllage 5 hergestellt wird, wobei während dieses Herausführens die erfindungsgemäßen Stromstärkenbereiche, insbesondere der zweite Bereich 8 und der dritte Bereich 9, eingestellt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der erste Bereich 7 für die Dauer von ungefähr 2 Sekunden mit einer Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit einer Stromstärke in Höhe von 130% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke von 300 A durchgeführt. Daran schließt sich über einen Zeitraum von ca. 2,5 Sekunden der zweite Bereich oder Zeitabschnitt 8 an, bei welchem die MSG-Schweißelektrode mit ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke (300 A oder 100%) beaufschlagt wird, um die Fülllage 5 in die Durchbrechung 3 einzubringen. Danach wird die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode auf einen Endstrom heruntergefahren, dessen Stromstärke 20% der Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beträgt. In diesem dritten Bereich 9 wird dem sich bildenden oder gebildet habenden Schmelzbad Wärme entzogen und wird die Durchbrechung 3 ohne Ausbildung eines Endkraters aufgefüllt. Mit Auffüllung der Durchbrechung 3 ist die Gesamtschweißprozesszeit erreicht und wird der MSG-Schweißprozess beendet. In nicht dargestellter Art und Weise kann der in der 3 dargestellte MSG-Schweißprozess ein Gasvorströmen und ein Gasnachströmen über einen Zeitraum von ca. 0,5 Sekunden umfassen. Sehr gut erkennbar ist im oberen Teilbild der 3 der sich bei Anwendung des MAG-Impulsschweißverfahrens im dritten Bereich 9 ergebende wellenartige oder impulsartige Verlauf der Schweißstromstärke.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN ISO 4063: Prozess 131 [0002]
EN ISO 4063: Prozess 135 [0002]
Norm EN 10025 [0019]
Norm EN ISO 4063: Prozess 135 [0023]

Claims

Verfahren zur befestigenden Verbindung zweier benachbarter und zumindest annähernd aufeinander aufliegender oder aneinander anliegender Stahlbleche (1, 2) mittels eines MSG-Schweißprozesses, wobei eines der beiden Stahlbleche (1) eine punktuell ausgebildete Durchbrechung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine MSG-Schweißelektrode in die punktuell ausgebildete Durchbrechung (3) eines ersten der beiden Stahlbleche (1), insbesondere eines Innenverkleidungsbleches, vorzugsweise einer Panzerplatte, bis in den Bereich des zweiten der beiden Stahlbleche (2), insbesondere eines Basisbleches, abgesenkt, der innenliegende Innenwandbereich der Durchbrechung (3) mit dem zweiten Stahlblech (2), insbesondere Basisblech, unter Ausbildung einer Wurzel- oder Verbindungslage (4) wurzelverschweißt und das Ende der MSG-Schweißelektrode unter weiterem Abschmelzen der MSG-Schweißelektrode bis zur Verfüllung der Durchbrechung (3) mit einer Fülllage (5) aus MSG-Schweißelektrodenmaterial langsam aus der Durchbrechung (3) des ersten Stahlblechs (1), insbesondere Innenverkleidungsblechs, vorzugsweise Panzerplatte, heraus bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MSG-Schweißelektrode während der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke erhöhten Stromstärke beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode während der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) mit einer im Bereich von 110–155%, vorzugsweise 120–140%, insbesondere 128–132%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke liegenden erhöhten Stromstärke durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode während der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) mit der gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke erhöhten Stromstärke über 9–25%, insbesondere 14–20%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MSG-Schweißelektrode nach der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) mit 90–110%, vorzugsweise 100%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke beaufschlagt und unter Einbringung einer Fülllage (5) langsam aus der Durchbrechung (3) heraus bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode nach der Ausbildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) mit 90–110%, vorzugsweise 100%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke über 15–30%, insbesondere 20–25%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MSG-Schweißelektrode, insbesondere zur Vervollständigung der Verfüllung der Durchbrechung (3), vorzugsweise der Einbringung der Fülllage (5) nachfolgend, mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit einer gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke mit einer im Bereich von 10–70%, vorzugsweise 15–60%, insbesondere 20–50%, ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke liegenden verringerten Stromstärke durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der MSG-Schweißelektrode mit der gegenüber ihrer Anwendungsauslegungsnormalstromstärke verringerten Stromstärke über 45–75%, insbesondere 59–67%, der Gesamtschweißprozesszeit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess mit einer Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes der MSG-Schweißelektrode von 5–15 m/min, vorzugsweise 8–12 m/min, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess an Stahlblechen durchgeführt wird, die eine Stärke von > 5 mm, insbesondere > 10 mm, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess an einem zu einem zweiten Stahlblech (2), insbesondere Basisblech, benachbarten ersten Stahlblech (1), insbesondere Innenverkleidungsblech, vorzugsweise eine Panzerplatte, durchgeführt wird, dessen Durchbrechung (3) einen der Stärke (H) des ersten Stahlbleches (1) entsprechenden, insbesondere kreisförmigen, Öffnungsquerschnitt oder Durchmesser (D) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess an einem Innenverkleidungsblech, insbesondere einer Panzerplatte, durchgeführt wird, wobei das Innenverkleidungsblech, insbesondere die Panzerplatte, aus dem Material X3Cr12 und das Basisblech aus dem Material S 235 oder S 355 besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess kontinuierlich von der Bildung der Wurzel- oder Verbindungslage (4) bis zur Verfüllung der Durchbrechung (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beginn des eigentlichen MSG-Schweißprozesses ein, insbesondere in die zu verfüllende Durchbrechung (3) hinein gerichtetes, Gasvorströmen (6) durchgeführt wird und/oder nach dem Beginn des eigentlichen MSG-Schweißprozesses ein insbesondere auf die verfüllte Durchbrechung (3) ausgerichtetes, Gasnachströmen (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess zur Befestigung eines mit einem Abstand von 0–2 mm, vorzugsweise mit einem Abstand von ≤ 1,5 mm, auf oder an dem zweiten Stahlblech (2) auf- oder anliegenden ersten Stahlblech (1), insbesondere Innenverkleidungsblech, insbesondere eine Panzerplatte, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MSG-Schweißprozess als MAG-Schweißverfahren gemäß der Norm EN ISO 4063: Prozess 135, insbesondere als MAG-Impulsschweißverfahren, durchgeführt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–17 zur Herstellung der Innenverkleidung eines Kohlebunkers eines Kohlekraftwerks.
Bauteil, umfassend zwei aufeinander oder aneinander liegende Stahlbleche (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1–17 hergestellt ist.