DE102014217702A1

DE102014217702A1 - Method for producing a weld on a workpiece by MIG / MAG welding

Info

Publication number: DE102014217702A1
Application number: DE102014217702.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Tessmar; Ulrike Siemer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht (11) auf einem Werkstück (2) durch MSG-Schweißen, bei welchem sich eine Lichtbogenbrennphase und eine Kurzschlussphase zyklisch abwechseln. Während der Lichtbogenbrennphase bildet sich ein Lichtbogen (5) zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode (3) und dem Werkstück (2) aus und die Drahtelektrode (3) wird in Richtung des Werkstückes (2) bewegt, und zwar bis die Drahtelektrode (3) das Werkstück (2) berührt und sich dadurch ein Kurzschluss ausbildet. Während einer anschließenden Kurzschlussphase wird die Drahtelektrode (3) von dem Werkstück (2) weg bewegt und der Kurzschluss dadurch aufgelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drahtelektrode (3) mit einem konstanten Schweißstrom von mindestens 180 A beaufschlagt wird, eine Drahtelektrode (3) mit einem Durchmesser (4) von mindestens 1,2 mm verwendet wird und die Drahtelektrode (3) in der Kurzschlussphase für eine Zeitdauer von höchstens 10 ms von dem Werkstück (2) weg bewegt wird.The invention relates to a method for producing a weld seam (11) on a workpiece (2) by MIG welding, in which an arc burning phase and a short circuit phase alternate cyclically. During the arc-firing phase, an arc (5) is formed between a consumable wire electrode (3) and the workpiece (2), and the wire electrode (3) is moved toward the workpiece (2) until the wire electrode (3) moves the workpiece (2) touched and thereby forms a short circuit. During a subsequent short-circuit phase, the wire electrode (3) is moved away from the workpiece (2) and the short circuit is thereby resolved. According to the invention, it is provided that the wire electrode (3) is subjected to a constant welding current of at least 180 A, a wire electrode (3) with a diameter (4) of at least 1.2 mm is used and the wire electrode (3) in the short-circuit phase a period of at most 10 ms away from the workpiece (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht auf einem Werkstück durch MSG-Schweißen, bei welchem sich eine Lichtbogenbrennphase und eine Kurzschlussphase zyklisch abwechseln, wobei sich während der Lichtbogenbrennphase ein Lichtbogen zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück ausbildet und die Drahtelektrode während der Lichtbogenbrennphase in Richtung des Werkstückes bewegt wird, bis die Drahtelektrode das Werkstück berührt und sich dadurch ein Kurzschluss ausbildet, und wobei die Drahtelektrode während einer anschließenden Kurzschlussphase von dem Werkstück weg bewegt und der Kurzschluss aufgelöst wird. The invention relates to a method for producing a weld on a workpiece by MIG welding, in which alternate an arc burning phase and a short-circuit phase cyclically, wherein forms an arc between a consumable wire electrode and the workpiece during the arc burning phase and the wire electrode during the arc burning phase in Direction of the workpiece is moved until the wire electrode contacts the workpiece and thereby forms a short circuit, and wherein the wire electrode moves away during a subsequent short-circuit phase of the workpiece and the short circuit is resolved.

MSG-Schweißen ist die Kurzbezeichnung für Metallschutzgasschweißen, bei dem die eingesetzte Drahtelektrode gleichzeitig stromführende Elektrode und Schweißzusatzstoff ist. Dabei schmilzt die Drahtelektrode durch einen Energieeintrag eines sich zwischen der Elektrode und dem zu schweißenden Werkstück ausbildenden Lichtbogens. Die abschmelzende Drahtelektrode wird von einer als Motor ausgebildeten Positioniervorrichtung mit einer eingestellten Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt. Die gebräuchlichen Durchmesser der Drahtelektroden liegen beim MSG-Schweißen zwischen 0,8 und 1,2 mm. Gleichzeitig mit dem Drahtvorschub wird der Schweißstelle ein Schutzgas zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor atmosphärischen Einflüssen, welche die Schweißnaht schwächen würden. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird ein aktives, also reaktionsfähiges Gas, beispielsweise ein Gemisch aus Argon oder Helium und Kohlendioxid oder Sauerstoff, eingesetzt, während beim Metallinertgasschweißen (MIG) ein inertes Gas, beispielsweise Argon oder Helium oder ein Gemisch daraus, verwendet wird. Das MAG-Verfahren wird bevorzugt bei Stählen eingesetzt, das MIG-Verfahren bevorzugt bei Nichteisen-(NE)-Metallen. MIG / MAG welding is the abbreviation for gas metal arc welding, in which the wire electrode used is at the same time the current-carrying electrode and welding additive. In this case, the wire electrode melts by an energy input of a forming between the electrode and the workpiece to be welded arc. The melting wire electrode is continuously tracked by a positioning device designed as a motor with a set speed. The usual diameters of the wire electrodes are between 0.8 and 1.2 mm in MSG welding. Simultaneously with the wire feed, the welding point is supplied with a protective gas. This gas protects the liquid metal under the arc from atmospheric influences that would weaken the weld. In metal active gas welding (MAG), an active, ie reactive, gas, for example a mixture of argon or helium and carbon dioxide or oxygen, is used, whereas metal inert gas welding (MIG) uses an inert gas, for example argon or helium or a mixture thereof. The MAG process is preferably used in steels, the MIG process is preferred for non-ferrous (NE) metals.

Beim MSG-Schweißen stellen sich je nach Wahl der Schweißparameter unterschiedliche Lichtbogentypen ein, die sich vor allem im Werkstoffübergang unterscheiden. Hierbei wird beispielsweise zwischen Kurzlichtbogen, Sprühlichtbogen, Langlichtbogen, Übergangslichtbogen und Impulslichtbogen unterschieden. Depending on the choice of welding parameters, different types of arc occur in MSG welding, which differ mainly in material transfer. Here, for example, a distinction between short arc, spray arc, long arc, transition arc and pulsed arc.

Es können kurzschlussbehaftete Lichtbogenprozesse erzeugt werden, die zwei unterschiedliche Phasen, die sogenannte Lichtbogenbrennphase und die Kurzschlussphase, aufweisen. In der Lichtbogenbrennphase wird die Drahtelektrode aufgeschmolzen und berührt aufgrund eines wachsenden Tropfenvolumens und der fortlaufenden Drahtzufuhr die Schmelzbadoberfläche des Werkstückes. Es kommt zum Kurzschluss, durch welchen die Drahtelektrode weiter erwärmt wird. Hierdurch wird der Tropfen weiter eingeschnürt, und zwar bis er sich von der Drahtelektrode ablöst und in das Schmelzbad des Werkstückes übergeht. Sobald die Kurzschlussbrücke aufbricht, kommt es zu einer erneuten Zündung des Lichtbogens in einer durch die Ablösung des Schweißtropfens entstandenen Lücke zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück. Short-circuited arc processes can be generated which have two different phases, the so-called arc firing phase and the short-circuit phase. In the arc-burning phase, the wire electrode is melted and touches the molten surface of the workpiece due to a growing drop volume and the continuous wire feed. There is a short circuit, through which the wire electrode is further heated. As a result, the drop is further constricted, until it detaches from the wire electrode and passes into the molten bath of the workpiece. As soon as the short-circuiting bridge breaks open, the arc is re-ignited in a gap between the wire electrode and the workpiece caused by the detachment of the welding drop.

Charakteristisch für diesen Prozess ist ein Wechsel zwischen der Lichtbogenbrennphase und der Kurzschlussphase von sich jeweils durch den Prozess ergebenden Zeitdauern der Phasen. Der oben beschriebene Tropfenübergang beim Kurzlichtbogenprozess findet ausschließlich in der Kurzschlussphase statt. Bei anderen Lichtbogenarten treten mehr oder weniger große Anteile des Werkstoffüberganges auch in der Lichtbogenbrennphase auf. Characteristic of this process is a change between the arc firing phase and the short-circuit phase of each of the phases resulting from the process through the process. The drop transition described above in the short arc process takes place exclusively in the short-circuit phase. In other types of arc occur more or less large proportions of the material transition in the arc burning phase.

Eine Verfahrensvariante des MSG-Schweißens ist das microMIG-Verfahren der Firma sks-welding, insbesondere für die Anwendung an sehr dünnen Blechen von ca. 0,5 bis 1,2 mm. Hierbei ist die wesentliche Neuerung, dass die Drahtelektrode zur Auflösung von Kurzschlüssen auch rückwärts gefördert werden kann. Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung sind allerdings auch bereits aus der DE 197 38 785 C2 bekannt. A process variant of MSG welding is the microMIG process of the company sks-welding, in particular for use on very thin sheets of about 0.5 to 1.2 mm. Here, the main innovation is that the wire electrode for the resolution of short circuits can also be promoted backwards. However, such a method and such a device are already out of the DE 197 38 785 C2 known.

Bei dem microMIG-Verfahren wird mit einem gepulsten Schweißstrom gearbeitet. Das Verfahren wird als "wärmereduziertes" Schweißen mit wenigen Spritzern dargestellt. Vorteil des Verfahrens soll auch eine besonders gute Prozessbeherrschung im Feinblechbereich mit einer geringen Gefahr von Durchbrand sein. The microMIG process uses a pulsed welding current. The process is represented as "heat-reduced" welding with a few spatters. Advantage of the method should also be a particularly good process control in sheet metal area with a low risk of burnout.

Hierbei erweist sich die Anwendung bei dickeren Bauteilen bzw. Werkstücken als problematisch, da mit einem geringen Einbrand gerechnet werden muss. Die durch das Verfahren erzeugten Nähte sind bei der Anwendung an größeren Blechdicken mit Drahtdurchmessern kleiner als 1,2 mm eher schmal und überhöht. Hierdurch ergeben sich Nachteile insbesondere bezüglich der Schwingfestigkeit der hergestellten Schweißverbindungen. Here, the application proves to be problematic for thicker components or workpieces, as must be expected with a low penetration. The seams produced by the process are rather narrow and excessive when used on larger sheet thicknesses with wire diameters smaller than 1.2 mm. This results in disadvantages, in particular with regard to the fatigue strength of the welded joints produced.

Weitere MSG-Schweißverfahren sind auch bereits in der DE 10 2010 041 458 A1 , der DE 10 2008 017 172 A1 , der DE 10 2004 046 688 A1 und der DE 102 60 358 A1 beschrieben. Other MSG welding processes are already in the DE 10 2010 041 458 A1 , of the DE 10 2008 017 172 A1 , of the DE 10 2004 046 688 A1 and the DE 102 60 358 A1 described.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches MSG-Schweißverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine festigkeitsoptimierte Schweißnahtgeometrie mit wenig Schweißspritzern erzeugt wird. Against this background, the object of the invention is to provide an economical MSG welding process by means of which a strength-optimized weld seam geometry with little welding spatter is produced.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a method according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei welchem

– die Drahtelektrode mit einem konstanten Schweißstrom von mindestens 180 A beaufschlagt wird und
– eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser von mindestens 1,2 mm verwendet wird und
– die Drahtelektrode nach der Kurzschlussphase für eine Zeitdauer von höchstens 10 ms von dem Werkstück weg bewegt wird.

According to the invention, therefore, a method is provided in which

- The wire electrode is subjected to a constant welding current of at least 180 A and
- A wire electrode with a diameter of at least 1.2 mm is used and
- The wire electrode is moved away from the workpiece after the short-circuit phase for a maximum of 10 ms.

Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens kann im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik ein anderes Lichtbogenverhalten erzeugt werden. Dieser Lichtbogen verhält sich keineswegs "wärmereduziert", sondern erzeugt einen ausreichenden Einbrand im Blechdickenbereich von ca. 1,5 bis 4 mm. Dabei ist besonders auffällig, dass das Schweißgut die Nahtflanken besonders gut benetzt und sich eine flache Nahtgeometrie mit geringer Kerbwirkung und flachen Nahtanstiegswinkeln ausbildet. Ursächlich dafür ist der in allen Lichtbogenlängenphasen konstant hohe Schweißstrom, der einen hohen Plasmadruck im Schweißgut erzeugt und dadurch für eine gute Verteilung des Schweißgutes bzw. gute Benetzung der Werkstücke mit dem Schweißgut sorgt. Diese kerbarme Nahtgeometrie wirkt sich besonders positiv auf die Schwingfestigkeit der Schweißnaht bzw. der Schweißverbindung aus. Damit ist das Verfahren insbesondere für die Herstellung von Fahrwerk- bzw. Achsbauteilen, Hilfsrahmen, Federlenker oder Abgasanlagen-Schweißbaugruppen interessant. Weiterhin können mittels des Verfahrens auch Konstruktionen aus dünnen Blechen und Profilen (zwischen 1,5 und 4 mm) verschweißt werden, welche zyklisch beansprucht werden. As a result of this embodiment of the method, a different arc behavior can be generated in comparison with the prior art mentioned at the outset. This arc is by no means "reduced in heat", but produces sufficient penetration in the sheet thickness range of about 1.5 to 4 mm. It is particularly striking that the weld metal wets the seam flanks particularly well and forms a flat seam geometry with low notch effect and flat seam rise angles. The reason for this is the constantly high welding current in all arc length phases, which generates a high plasma pressure in the weld metal and thus ensures a good distribution of the weld metal or good wetting of the workpieces with the weld metal. This kerbarme seam geometry has a particularly positive effect on the vibration resistance of the weld or the welded joint. Thus, the method is particularly interesting for the production of chassis or axle components, subframe, spring link or exhaust system welding assemblies. Furthermore, by the method also constructions of thin sheets and profiles (between 1.5 and 4 mm) are welded, which are cyclically stressed.

Der Durchmesser der Drahtelektrode ist hierbei derart in Abhängigkeit des eingestellten konstanten Schweißstromes und der gewünschten Schweißgeschwindigkeit zu wählen, dass einerseits genügend Material zur Bildung der Schweißnaht zur Verfügung steht und andererseits ein kritischer Maximalstrom der Drahtelektrode nicht überschritten wird, um die Ausbildung eines Übergangs- oder Sprühlichtbogens und die Bildung von Schweißspritzern zu verhindern. The diameter of the wire electrode is in this case as a function of the set constant welding current and the desired welding speed to choose that on the one hand enough material to form the weld is available and on the other hand, a critical maximum current of the wire electrode is not exceeded, to form a transition or spray arc and to prevent the formation of welding spatters.

Die Drahtelektrode wird durch eine Schweißenergiequelle nicht wie im eingangs genannten Stand der Technik mit einem gepulsten Schweißstrom, sondern mit einem voreingestellten hohen und konstanten Schweißstrom beaufschlagt. Hierdurch erfolgt ein hoher Energieeintrag, welcher eine definierte Abschmelzleitung der Drahtelektrode, ein ausreichendes Aufschmelzen des Werkstückes im Bereich der Schweißnaht und einen definierten Einbrand gewährleistet. Durch den konstant hohen Schweißstrom wird der hohe Plasmadruck in der Schmelze gewährleistet, welcher die prozesssichere Benetzung der Nahtflanken gewährleistet und die Ausbildung einer flachen kerbarmen Schweißnaht mit einem großen Kerbradius und geringen Nahtanstiegswinkeln sicherstellt. The wire electrode is not acted on by a welding power source as in the aforementioned prior art with a pulsed welding current, but with a preset high and constant welding current. This results in a high energy input, which ensures a defined Abschmelzleitung the wire electrode, a sufficient melting of the workpiece in the region of the weld and a defined penetration. The constant high welding current ensures the high plasma pressure in the melt, which ensures process-reliable wetting of the seam flanks and ensures the formation of a flat kerbar weld with a large notch radius and low seam rise angles.

Dadurch, dass die Rückzugszeit der Drahtelektrode nach Auftreten eines Kurzschlusses weniger als 10 ms beträgt, wird ein schnelles Auflösen des Kurzschlusses bzw. eine schnelle Beendigung der Kurzschlussphase erreicht. Der Lichtbogen wird im Idealfall bereits nach weniger als 10 ms wieder gezündet, sodass die Schweißgeschwindigkeit mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich gesteigert werden kann. Eine kurze Rückzugszeit stellt außerdem sicher, dass der Abstand zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück nach dem Ablösen des Tropfens von der Drahtelektrode nicht zu groß wird und die Länge des neu gezündeten Lichtbogens nicht zu lang wird. Bei einer zu großen Lichtbogenlänge können Einbrandkerben am Nahtrand entstehen. Außerdem wird durch die Rückzugszeit die Kurzschlussfrequenz und damit die Größe der sich von der Drahtelektrode ablösenden Tropfen definiert. Wird der Lichtbogen also infolge einer großen Rückzugszeit zu lang, entsteht aufgrund der geringeren Kurzschlussfrequenz ein größerer Tropfen. Das Ablösen von großen Tropfen führt wiederum zu Turbulenzen im Schweißbad, welche die Ausbildung von Schweißspritzern unterstützen. Due to the fact that the retardation time of the wire electrode after the occurrence of a short circuit is less than 10 ms, a rapid dissolution of the short circuit or a rapid termination of the short circuit phase is achieved. The arc is ideally ignited again after less than 10 ms, so that the welding speed can be significantly increased by the method according to the invention. A short retraction time also ensures that the distance between the wire electrode and the workpiece does not become too large after peeling the drop from the wire electrode and the length of the re-ignited arc does not become too long. If the arc length is too long, penetration marks on the seam edge may occur. In addition, the retraction time defines the short-circuit frequency and thus the size of the drops detaching from the wire electrode. Thus, if the arc becomes too long due to a large retraction time, a larger drop will result due to the lower short circuit frequency. The detachment of large drops in turn leads to turbulence in the weld pool, which support the formation of weld spatter.

Das hier dargestellte Verfahren ist aufgrund der relativ einfachen Anlagentechnik und einer hohen möglichen Schweißgeschwindigkeit deutlich wirtschaftlicher als aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, insbesondere im Vergleich zum WIG-Schweißen, welches sonst eingesetzt werden würde, um ähnlich günstige Nahtgeometrien zu erzeugen. Außerdem können Schweißspalte wesentlich besser als bei anderen Verfahren überbrückt werden, sodass größere Toleranzen am Spalt der zu verbindenden Werkstücke möglich sind. Gleichzeitig wird eine insbesondere hinsichtlich der Schwingfestigkeit festigkeitsoptimierte Schweißnahtgeometrie erzeugt und der Schweißspritzeranteil kann gering gehalten werden. Due to the relatively simple system technology and a high possible welding speed, the method presented here is significantly more economical than methods known from the prior art, in particular in comparison to TIG welding, which would otherwise be used to produce similarly favorable seam geometries. In addition, weld gaps can be bridged much better than other methods, so that larger tolerances at the gap of the workpieces to be joined are possible. At the same time, a weld seam geometry which is optimized in terms of strength, in particular with regard to the vibration resistance, is produced and the proportion of spatter can be kept low.

Hierbei hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Drahtelektrode mit einem konstanten Schweißstrom zwischen 180 A und 260 A beaufschlagt wird. Durch den konstant hohen Schweißstrom werden einerseits ein ausreichendes Aufschmelzen der Werkstückoberfläche und andererseits die erforderliche Abschmelzleistung der Drahtelektrode sowie der für eine optimierte Schweißnahtgeometrie erforderliche hohe Plasmadruck in der Schmelze gewährleistet. It has proved to be particularly advantageous that the wire electrode is subjected to a constant welding current between 180 A and 260 A. Due to the constant high welding current on the one hand sufficient melting of the workpiece surface and on the other hand, the required Abschmelzleistung the wire electrode as well as for an optimized Weld geometry ensures required high plasma pressure in the melt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Drahtelektrode während der Lichtbogenbrennphase und der Kurzschlussphase mit dem konstanten Schweißstrom beaufschlagt wird. Es bedarf also einer Konstant-Strom-Regelung, welche unabhängig von der Prozessspannung einen konstanten Schweißstrom in allen Phasen der Prozesses bereitstellt. Der Schweißstrom wird zu Beginn des Schweißprozesses auf den definierten Wert eingestellt und während des gesamten Prozesses beibehalten. According to the invention, it is furthermore provided that the wire electrode is subjected to the constant welding current during the arc burning phase and the short-circuit phase. Thus, it requires a constant-current control, which provides a constant welding current in all phases of the process, regardless of the process voltage. The welding current is set to the defined value at the beginning of the welding process and maintained throughout the process.

Um bei einer hohen Schweißgeschwindigkeit ausreichend Zusatzwerkstoff zur Bildung der Schweißnaht zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig einen geringen Schweißspritzeranteil gewährleisten zu können, hat es sich in der Praxis als besonders zweckmäßig erwiesen, dass eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser zwischen 1,2 und 2,4 mm verwendet wird. In Verbindung mit dem anliegenden Schweißstrom von 180 bis 260 A wird bei der Verwendung derartig ausgestalteter Drahtelektroden der kritische Maximalstrom der Drahtelektroden nicht überschritten. In order to provide sufficient filler material to form the weld at a high welding speed and at the same time to be able to ensure a low proportion of spatter, it has proven to be particularly expedient in practice that a wire electrode with a diameter between 1.2 and 2.4 mm is used. In conjunction with the applied welding current of 180 to 260 A, the maximum critical current of the wire electrodes is not exceeded when using such designed wire electrodes.

Weiterhin wird die Schweißgeschwindigkeit auch dadurch optimiert, dass die Drahtelektrode für eine Zeitdauer von 1 bis 10 ms, bevorzugt zwischen 1 und 5 ms nach Kurzschlussauflösung von dem Werkstück weg bewegt wird. Aus derartig geringen Rückzugsgeschwindigkeiten der Drahtelektrode resultiert eine hohe Kurzschlussfrequenz in Verbindung mit einem kurzen Lichtbogen und einem kleinen sich ablösenden Tropfen. Furthermore, the welding speed is also optimized by moving the wire electrode away from the workpiece for a period of 1 to 10 ms, preferably between 1 and 5 ms, after short-circuiting. From such low retraction speeds of the wire electrode results in a high short circuit frequency in conjunction with a short arc and a small detaching droplets.

Eine weitere Optimierung der Schweißgeschwindigkeit wird auch dadurch erreicht, dass eine Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode während der Lichtbogenbrennphase geringer als eine Rückzugsgeschwindigkeit der Drahtelektrode während der Kurzschlussphase ist. Dabei kann die Vorschubgeschwindigkeit unabhängig von der Rückzugsgeschwindigkeit eingestellt werden. Um einen definierten Energieeintrag in das Werkstück und eine definierte Abschmelzleistung der Drahtelektrode zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Vorschubgeschwindigkeit 6 bis 11 m/min beträgt. Eine Rückzugsgeschwindigkeit zwischen 20 und 25 m/min gewährleistet dabei ein schnelles Auflösen des Kurzschlusses in Verbindung mit einer hohen Kurzschlussfrequenz. Further optimization of the welding speed is also achieved in that a feed rate of the wire electrode during the arc firing phase is less than a retraction speed of the wire electrode during the short circuit phase. The feed speed can be set independently of the retraction speed. In order to ensure a defined energy input into the workpiece and a defined Abschmelzleistung the wire electrode, it is provided that the feed rate is 6 to 11 m / min. A retraction speed between 20 and 25 m / min ensures fast dissolution of the short circuit in conjunction with a high short-circuit frequency.

Eine zusätzliche Reduzierung des Schweißspritzeranteiles wird auch durch den Einsatz eines sich zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück ausbildenden geregelten Kurzlichtbogens erreicht. An additional reduction of the amount of spatter is also achieved by the use of a regulated short arc that forms between the wire electrode and the workpiece.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass zur Stabilisierung des Lichtbogens ein Laserstrahl auf die Stelle des Werkstückes gerichtet wird, an welcher der Lichtbogen auf das Werkstück trifft. Der Lichtbogen wird während des Prozesses von dem nahe des Lichtbogen-Fußpunktes in das Werkstück eingekoppelten Laserstrahl geführt, stabilisiert und unterstützt. Hieraus resultiert eine höhere Prozessstabilität verbunden mit einer höheren Schweißgeschwindigkeit und weniger Schweißfehlern. Der Laserstrahl weist dabei eine Leistung von 100 bis 2.000 W, vorzugsweise 200 bis 700 W, und eine Wellenlänge von 800 bis 11.000 nm auf. Dabei sollte die Leistung des Lasers weniger als 25 % der Leistung des Lichtbogens umfassen. Im Vergleich zum bereits bekannten Laser-MSG-Hybridschweißen ist die Leistung des Lasers also eher klein, sodass dieser keinen Tiefschweißeffekt erzeugt. According to the invention, it is also provided that, to stabilize the arc, a laser beam is directed to the location of the workpiece at which the arc strikes the workpiece. The arc is guided, stabilized and assisted during the process by the laser beam coupled into the workpiece near the arc base. This results in a higher process stability combined with a higher welding speed and less welding errors. The laser beam has a power of 100 to 2,000 W, preferably 200 to 700 W, and a wavelength of 800 to 11,000 nm. The power of the laser should be less than 25% of the power of the arc. In comparison to the already known laser MSG hybrid welding, the laser's power is therefore rather small, so that it does not generate a deep welding effect.

Je nachdem, aus welchem Werkstoff das Werkstück bzw. die Werkstücke bestehen, wird der Drahtelektrode ein Schutzgas oder eine Schutzgasmischung bestehend aus Kohlendioxid, Argon, Helium, oder Sauerstoff zugeführt. Depending on the material of which the workpiece or the workpieces are made, the wire electrode is supplied with a protective gas or a protective gas mixture consisting of carbon dioxide, argon, helium, or oxygen.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 einen zeitlichen Verlauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Schweißnaht durch MSG-Schweißen in einer schematischen Darstellung; 1 a time course of a method for producing a weld by MSG welding in a schematic representation;

2 eine Schnittdarstellung einer zwei Werkstücke verbindenden Schweißnaht, welche mittels eines herkömmlichen MSG-Schweißverfahrens hergestellt wurde; 2 a sectional view of a weld joining two workpieces, which was produced by a conventional MSG welding process;

3 eine Schnittdarstellung einer zwei Werkstücke verbindenden Schweißnaht, welche mittels eines erfindungsgemäßen MSG-Schweißverfahrens hergestellt wurde. 3 a sectional view of a weld joining two workpieces, which was produced by means of a MSG welding process according to the invention.

4 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Verfahrensvariante, nach welcher ein Laserstrahl zur Stabilisierung des Lichtbogens auf das Werkstück gerichtet wird. 4 a schematic representation of an alternative method variant, according to which a laser beam is directed to stabilize the arc on the workpiece.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Metallschutzgas-Schweißverfahren (nachfolgend MSG-Schweißverfahren) in Form von sechs zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen I, II, III, IV, V und VI, wobei die Phase VI im Wesentlichen der Phase I entspricht. Die Phasen I und II bilden dabei die Lichtbogenbrennphase und die Phasen III bis V bilden die nachfolgende Kurzschlussphase, wobei sich Lichtbogenbrennphase und Kurzschlussphase während des Schweißprozesses zyklisch wiederholen. Die Dauer der einzelnen Phasen ist nicht speziell festgelegt, sondern richtet sich nach den jeweils eingestellten Schweißparametern. 1 shows a schematic representation of an inventive metal arc gas welding process (hereinafter MSG welding process) in the form of six temporally successive phases I, II, III, IV, V and VI, wherein the phase VI substantially corresponds to the phase I. The phases I and II form the arc-burning phase, and the phases III to V form the following short-circuit phase, with the arc-firing phase and the short-circuit phase repeating cyclically during the welding process. The duration of the individual phases is not specified, but depends on the respectively set welding parameters.

Die einzelnen Phasen zeigen jeweils eine Schweißdüse 1 mit einer auf ein Werkstück 2 gerichteten Drahtelektrode 3, welche einen Durchmesser 4 von mindestens 1,2 mm aufweist. Bei der Drahtelektrode 3 handelt es sich um eine abschmelzende Drahtelektrode 3, von welcher durch einen Energieeintrag Elektrodenmaterial auf das Werkstück 2 übertragen wird. The individual phases each show a welding nozzle 1 with one on a workpiece 2 directed wire electrode 3 which have a diameter 4 of at least 1.2 mm. At the wire electrode 3 it is a melting wire electrode 3 of which by an energy input electrode material on the workpiece 2 is transmitted.

Der Energieeintrag und die Widerstandserwärmung im Kurzschluss erfolgen durch einen Lichtbogen 5, welcher sich bei einem anliegenden Schweißstrom von mindestens 180 A zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 2 ausbildet. Der Lichtbogen 5 erzeugt durch partielles Aufschmelzen des Werkstückes 2 ein Schweißbad 6 im Werkstück 2 und bewirkt gleichzeitig ein Aufschmelzen der Drahtelektrode 3 unter Bildung einer Schmelze 7. Aus der Schweißdüse 1 tritt außerdem ein Schutzgas 8 aus, welches das flüssige Metall des Schweißbades 6 und der Schmelze 7 vor atmosphärischen Einflüssen schützt. The energy input and the resistance heating in the short circuit are made by an arc 5 , which is at an adjacent welding current of at least 180 A between the wire electrode 3 and the workpiece 2 formed. The arc 5 produced by partial melting of the workpiece 2 a sweat 6 in the workpiece 2 and simultaneously causes a melting of the wire electrode 3 forming a melt 7 , From the welding nozzle 1 also occurs a protective gas 8th which is the molten metal of the welding pool 6 and the melt 7 protects against atmospheric influences.

In Phase I ist der Lichtbogen 5 zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 2 bereits gezündet und bewirkt ein partielles Aufschmelzen des Werkstückes 2 und ein partielles Abschmelzen der Drahtelektrode 3. Gleichzeitig wird die Drahtelektrode 3 durch eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung, wie durch einen Richtungspfeil 9 dargestellt, in Richtung des Werkstückes 2 bewegt. Im weiteren Verlauf kommt es in Phase II zu einer Vergrößerung der Schmelze 7 an der Drahtelektrode 3, wobei die Drahtelektrode 3 währenddessen weiterhin in Richtung des Werkstückes 2 bewegt wird. In Phase III kommt es dann schließlich nach einer weiteren Vergrößerung der Schmelze 7 an der Drahtelektrode 3 und einer weiteren Bewegung in Richtung des Werkstückes 2 durch einen Kontakt zwischen der Schmelze 7 der Drahtelektrode 3 und dem Schweißbad 6 im Werkstück 2 zu einem Kurzschluss. Bei Auftreten des Kurzschlusses wird eine Förderrichtung der Positionierrichtung umgekehrt und die Drahtelektrode 3 wird von dem Werkstück weg bewegt (siehe Richtungspfeil 10). Durch den Kurzschluss und die Bewegung der Drahtelektrode 3 von dem Werkstück 2 weg kommt es zu einer Ablösung eines Tropfens der Schmelze 7 von der Drahtelektrode 3 (Phase IV). In phase I is the arc 5 between the wire electrode 3 and the workpiece 2 already ignited and causes a partial melting of the workpiece 2 and a partial melting of the wire electrode 3 , At the same time the wire electrode 3 by a positioning device, not shown, as by a directional arrow 9 shown in the direction of the workpiece 2 emotional. In the further course, in phase II, an increase in the melt occurs 7 at the wire electrode 3 , wherein the wire electrode 3 while continuing in the direction of the workpiece 2 is moved. In phase III, finally, a further enlargement of the melt occurs 7 at the wire electrode 3 and another movement in the direction of the workpiece 2 by a contact between the melt 7 the wire electrode 3 and the weld pool 6 in the workpiece 2 to a short circuit. When the short circuit occurs, a conveying direction of the positioning direction is reversed and the wire electrode 3 is moved away from the workpiece (see directional arrow 10 ). By the short circuit and the movement of the wire electrode 3 from the workpiece 2 away there is a detachment of a drop of the melt 7 from the wire electrode 3 (Phase IV).

Nach dem Übergang der Schmelze 7 der Drahtelektrode 3 auf das Werkstück 2 bzw. in das Schweißbad 6 kommt es zu einer elektrischen Trennung der Drahtelektrode 3 von dem Werkstück 2 und zur erneuten Ausbildung des Lichtbogens 5 in der durch den Übergang der Schmelze 7 entstandenen Lücke zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 2. Der von der Drahtelektrode 3 abgelöste Tropfen der Schmelze 7 und das Schweißbad 6 des Werkstückes 2 bilden dann zusammen die Schweißnaht 11 (Phase V). Anschließend wird die Förderrichtung der Positioniereinrichtung wieder umgekehrt und der Prozess beginnt von vorne (Phase VI). After the transition of the melt 7 the wire electrode 3 on the workpiece 2 or in the weld pool 6 there is an electrical separation of the wire electrode 3 from the workpiece 2 and re-forming the arc 5 in the melt through the transition 7 resulting gap between the wire electrode 3 and the workpiece 2 , The of the wire electrode 3 detached drops of the melt 7 and the sweat bath 6 of the workpiece 2 then together form the weld 11 (Phase V). Subsequently, the conveying direction of the positioning device is reversed again and the process starts from the beginning (phase VI).

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von einem herkömmlichen MSG-Schweißverfahren insbesondere dadurch, dass die Drahtelektrode 3 mit einem konstanten Schweißstrom von mindestens 180 A beaufschlagt wird und dass eine Drahtelektrode 3 verwendet wird, welche einen Durchmesser 4 von mindestens 1,2 mm umfasst. Außerdem wird die Drahtelektrode 3 nach Auflösen eines Kurzschlusses, also in der Kurzschlussphase, für eine Zeitdauer von höchstens 10 ms von dem Werkstück 2 weg bewegt. The method according to the invention differs from a conventional MSG welding method in particular in that the wire electrode 3 with a constant welding current of at least 180 A is applied and that a wire electrode 3 is used, which has a diameter 4 of at least 1.2 mm. In addition, the wire electrode becomes 3 after dissolution of a short circuit, ie in the short-circuit phase, for a period of at most 10 ms from the workpiece 2 moved away.

Die 2 und 3 zeigen jeweils zwei mittels einer Schweißnaht 11 verbundene Werkstücke 2 in einer Schnittdarstellung. Dabei ist die Schweißnaht 11 in 3 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden und die Schweißnaht 11 in 2 mittels eines herkömmlichen MSG-Schweißverfahrens. Wie in 3 gut zu erkennen ist, weist die Schweißnaht 11 eine flachere Nahtgeometrie mit flachen Nahtanstiegswinkeln und einen größeren Kerbradius 12 auf. Hierdurch ergibt sich eine geringere Kerbwirkung, welche sich besonders positiv auf die Schwingfestigkeit der Schweißnaht 11 bzw. der aus den beiden Werkstücken 2 bestehenden Schweißbaugruppe auswirkt. Außerdem ergibt sich bei der Schweißnaht 11 gemäß 3 ein größerer Einbrand und eine besonders gute Benetzung der Nahtflanken 13 der Werkstücke 2 mit dem Schweißgut. The 2 and 3 show two each by means of a weld 11 connected workpieces 2 in a sectional view. Here is the weld 11 in 3 produced by the method according to the invention and the weld 11 in 2 by means of a conventional MSG welding process. As in 3 The weld is easy to recognize 11 a flatter seam geometry with flat seam rise angles and a larger notch radius 12 on. This results in a lower notch effect, which has a particularly positive effect on the fatigue strength of the weld 11 or from the two workpieces 2 existing welding assembly. In addition, results in the weld 11 according to 3 a greater penetration and a particularly good wetting of the seam flanks 13 the workpieces 2 with the weld metal.

4 zeigt eine Verfahrensvariante, bei welcher ein durch eine Optik 14 fokussierter Laserstrahl 15 auf die Stelle des Werkstückes 2 gerichtet ist, an welcher der Lichtbogen 5 auf das Werkstück 2 auftrifft bzw. an welcher die Schweißnaht 11 erzeugt werden soll. Der Fokus 16 des Laserstrahles 15 ist dabei nahe eines Fußpunktes des Lichtbogens 5 angeordnet. 4 shows a method variant in which a by an optics 14 focused laser beam 15 to the place of the workpiece 2 is directed, at which the arc 5 on the workpiece 2 impinges or at which the weld 11 should be generated. The focus 16 of the laser beam 15 is near a foot of the arc 5 arranged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Schweißdüse welding nozzle
2 2: Werkstück workpiece
3 3: Drahtelektrode wire electrode
4 4: Durchmesser diameter
5 5: Lichtbogen Electric arc
6 6: Schweißbad weld
7 7: Schmelze melt
8 8th: Schutzgas protective gas
9 9: Richtungspfeil arrow
10 10: Richtungspfeil arrow
11 11: Schweißnaht Weld
12 12: Kerbradius notch radius
13 13: Nahtflanke seam flank
14 14: Optik optics
15 15: Laserstrahl laser beam
16 16: Fokus focus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19738785 C2 [0006]
DE 102010041458 A1 [0009]
DE 102008017172 A1 [0009]
DE 102004046688 A1 [0009]
DE 10260358 A1 [0009]

Claims

Method for producing a weld seam ( 11 ) on a workpiece ( 2 MSG welding, in which an arc burning phase and a short-circuit phase alternate cyclically, during which arc (during the arc burning phase ( 5 ) between a consumable wire electrode ( 3 ) and the workpiece ( 2 ) and the wire electrode ( 3 ) during the arc burning phase in the direction of the workpiece ( 2 ) is moved until the wire electrode ( 3 ) the workpiece ( 2 ) and thereby forms a short circuit, and wherein the wire electrode ( 3 ) during a subsequent short circuit phase of the workpiece ( 2 ) is moved away and the short circuit is resolved, characterized in that - the wire electrode ( 3 ) is subjected to a constant welding current of at least 180 A and - a wire electrode ( 3 ) with a diameter ( 4 ) of at least 1.2 mm is used and - the wire electrode ( 3 ) after the short-circuit phase for a period of at most 10 ms from the workpiece ( 2 ) is moved away.

Method according to claim 1, characterized in that the wire electrode ( 3 ) is applied with a welding current between 180 A and 260 A.

Method according to claims 1 or 2, characterized in that the wire electrode ( 3 ) is applied during the arc-burning phase and the short-circuit phase with the constant welding current.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a wire electrode ( 3 ) with a diameter ( 4 ) between 1.2 and 2.4 mm.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the wire electrode ( 3 ) for a period of 1 to 10 ms, preferably between 1 and 5 ms of the workpiece ( 2 ) is moved away.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a feed rate of the wire electrode ( 3 ) during the arc burning phase is lower than a retraction speed of the wire electrode ( 3 ) during the short circuit phase.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the feed rate is 6 to 11 m / min.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the withdrawal speed is 20 to 25 m / min.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that between the wire electrode ( 3 ) and the workpiece ( 2 ) a controlled short arc is generated.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that for the stabilization of the arc ( 5 ) a laser beam ( 15 ) to the location of the workpiece ( 2 ), at which the arc ( 5 ) on the workpiece ( 2 ) meets.