WO2017125252A1

WO2017125252A1 - Verfahren zum wolfram-inertgasschweissen

Info

Publication number: WO2017125252A1
Application number: PCT/EP2017/025011
Authority: WO
Inventors: Georg Wimmer; Eduard KARTMANN
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen, wobei eine Wolframelektrode (110) und ein zu schweißendes Werkstück (160) mit Wechselstrom bestromt werden, wobei ein Lichtbogen (120) zwischen der Wolframelektrode (110) und dem zu schweißendem Werkstück (160) brennt, wobei das zu schweißende Werkstück (160) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, wobei wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) derart eingestellt wird, dass sich ein Stichloch (162) in dem zu schweißenden Werkstück (160) bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs (162) während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs (162) nach Wegfall des Lichtbogens (120) erfolgen, wobei als der wenigstens ein Schweißparameter ein oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt wird: eine Stromstärke des Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases (131), eine Menge des zugeführten Schutzgases (131) und/oder eine Kantenvorbereitung.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Wolfram-Inertqasschweißen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen. Stand der Technik

Beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) handelt es sich um ein

Lichtbogenschweißverfahren, das beispielsweise zum Auftragsschweißen,

Verschweißen von ein, zwei oder mehreren Werktücken aus metallischen Werkstoffen verwendet wird. Ein zu schweißendes Werkstück und eine Wolframelektrode eines entsprechenden Schweißbrenners werden elektrisch mit einer Schweißstromquelle verbunden. Ein Lichtbogen brennt zwischen der Wolf ramelektrode und dem Werkstück. Das Werkstück wird dabei zumindest teilweise aufgeschmolzen und bildet dort das Schmelzbad. Zumeist wird die Wolframelektrode als Kathode verwendet und das Werkstück als Anode, wobei Elektronen von der Wolf ramelektrode aus in das

Werkstück übergehen.

Beim sogenannten Stichlochschweißen bildet sich ein Loch (sog. "keyhole") über die gesamte Werkstückdicke aus. Das Stichlochschweißen wird zumeist im Zuge eines Plasmaschweißens durchgeführt (Plasmastichlochschweißen). Beim

Plasmaschweißen dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Der Plasmastrahl wird durch Ionisation und Einschnüren des Lichtbogens erzeugt. Beim

Plasmastichlochschweißen wird durch den hohen Plasmagasdruck und die hohe Plasmagasenergie in dem Werkstück das Stichloch gebildet, der Plasmastrahl durchstößt die gesamte Werkstückdicke. Dabei wird das durch Aufschmelzen des Werkstücks entstehende Schmelzbad vom Plasmastrahl zur Seite gedrückt. Die Oberflächenspannung der Schmelze verhindert ein Durchfallen durch das Stichloch. Stattdessen fließt die Schmelze hinter der sich bildenden Schweißöse wieder zusammen und erstarrt zur Schweißnaht.

Die WO 99/21677 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren, um ein

Stichlochschweißen im Zuge des Wolfram-Inertgasschweißens mit negativ gepolter Wolframelektrode durchzuführen. Ein derartiges Verfahren ist zumeist jedoch nur für Werkstücke aus Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit geeignet, wie Stahl, Edelstahl, CrNi-Stahl oder Titan, wobei bei hohen Gleichstromstärken gearbeitet werden muss. Die oben genannten Verfahren eignen sich zumeist jedoch nur bedingt für das Verschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Beispielsweise kann mittels derartiger herkömmlicher Schweißverfahren eine

Oxidschicht, welche sich auf einem zu schweißenden Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bilden kann, nicht ausreichend genug aufzuschmelzen. Oxide stellen aber grundsätzlich ab einer gewissen Größe, je nach Druckbehälterregelwerk, nicht akzeptable Fehlstellen im Schweißgut dar. Weiterhin ist es oftmals auch nicht möglich, eine insbesondere einseitige Schweißnaht mit hoher Qualität zu erzeugen. Oftmals werden sogenannte Schmelzbadsicherungen verwendet, um Schweißnähte mit hoher Qualität erzeugen zu können, wodurch die Schweißprozesse aufwendig und kostenintensiv werden.

Es ist wünschenswert, ein verbessertes Schweißverfahren bereitzustellen,

insbesondere um Werkstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung effektiv schweißen zu können und um insbesondere einseitige Schweißnähte mit

reproduzierbar hoher Qualität erzeugen zu können.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Eine Wolframelektrode eines entsprechenden Schweißbrenners zum Wolfram- Inertgasschweißen und ein zu schweißendes Werkstück werden mit Wechselstrom bestromt. Wolframelektrode und Werkstück werden zu diesem Zweck mit einer geeigneten Schweißstromquelle elektrisch verbunden. Ein Lichtbogen brennt zwischen der Wolframelektrode und dem zu schweißenden Werkstück. Es versteht sich, dass auch mehrere Werkstücke im Zuge des Verfahrens geschweißt bzw. miteinander verschweißt werden können. Wenigstens ein Schweißparameter wird in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks derart gewählt bzw. eingestellt, dass sich ein Stichloch in dem zu schweißenden Werkstück bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs nach Wegfall des Lichtbogens erfolgen. Als der wenigstens ein Schweißparameter wird ein oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt: eine Stromstärke des

Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases, eine Menge des zugeführten Schutzgases und/oder eine Kantenvorbereitung.

Diese Schweißparameter stellen Parameter dar, welche den Schweißprozess, insbesondere den Lichtbogen bzw. die Lichtbogeneigenschaften beeinflussen. Der wenigstens eine Schweißparameter kann manuell durch einen Benutzer oder auch automatisch durch eine zweckmäßige Schweißsteuerung entsprechend eingestellt werden. Durch das Einstellen des wenigstens einen Schweißparameters können das Stichloch und dessen Eigenschaften gezielt beeinflusst werden, um eine gewünschte Schweißnahtqualität bzw. gewünschte Eigenschaften der Schweißnaht zu erzeugen.

Durch das Erzeugen des Stichlochs wird das Werkstück insbesondere über seine gesamte Dicke aufgeschmolzen. Die ist jedoch nicht immer der Fall. Bei

Wurzellagenschweißungen wird nur die Steghöhe der Nahtvorbereitung

aufgeschmolzen. Um das Aufschmelzen zu ermöglichen, werden die entsprechenden Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks gewählt. Mit "Dicke" ist die übliche Wanddicke des zu schweißenden Werkstücks gemeint. Durch die entsprechende Einstellung des wenigstens einen Schweißparameters wird

insbesondere eine Energieeinbringung in das Werkstück gezielt beeinflusst, d.h. es wird insbesondere gezielt beeinflusst bzw. eingestellt, wie viel Energie auf bzw. in das Werkstück eingebracht wird und auf welche Weise diese Energie eingebracht wird. Zweckmäßigerweise wird gezielt beeinflusst bzw. eingestellt, an welchen Stellen des Werkstücks Energie eingebracht wird. Insbesondere wird durch das Einstellen des wenigstens einen Schweißparameters ein Lichtbogendruck gezielt beeinflusst, also eine Kraft, welche durch den Lichtbogen auf eine bestimmte Fläche auf dem

Werkstück ausgeübt wird. Der wenigstens eine Schweißparameter wird insbesondere derart eingestellt, dass der Lichtbogen mit vergleichsweise hohem Lichtbogendruck auf das Werkstück einwirkt und dass Energie tief in das Werkstück eingebracht werden kann, wodurch sich eine Kapillare in dem Schmelzbad ausbildet, welche sich letztendlich über die gesamte oder einen Teil der Dicke des Werkstücks erstreckt und das Stichloch bildet. Wird der

Lichtbogen im weiteren Fortschritt des Schweißprozesses über das Werkstück bewegt, bildet sich eine Schweißöse auf dem Werkstück aus. Die Schmelze fließt bei Wegfall des Lichtbogens hinter dieser sich bildenden Schweißöse wieder zusammen und erstarrt zur Schweißnaht. Somit schließt sich das Stichloch nach Wegfall des

Lichtbogens.

Dieses Verfahren erlaubt es, ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigtes Werkstück besonders effektiv zu schweißen. Da Aluminium schnell mit Sauerstoff reagiert, bildet sich auf einem zu schweißenden Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen eine Oxidschicht aus Aluminiumoxid Al₂0₃, welche für die Bearbeitung des Werkstücks aufgebrochen bzw. aufgeschmolzen werden muss. Erst wenn diese Oxidschicht aufgebrochen wurde, kann ausreichend Energie in die

Aluminiumwerkstücke eingebracht werden. Diese Oxidschicht besitzt zumeist einen sehr viel höheren Schmelzpunkt als das darunterliegende Aluminiumwerkstück. Beispielsweise kann die Oxidschicht einen Schmelzpunkt zwischen 2.000°C und 2.100°C besitzen. Abhängig von der genauen Zusammensetzung kann das darunterliegende Aluminiumwerkstück hingegen einen Schmelzpunkt zwischen 500°C und 700°C besitzen.

Durch die Erfindung können Werkstücke aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hingegen auf besonders effektive, aufwandsarme und kostengünstige Weise miteinander verbunden werden. Durch Erzeugen des Stichlochs kann die Oxidschicht auf dem Werkstück aufgebrochen und insbesondere komplett aufgeschmolzen werden, insbesondere da eine vergleichsweise hohe Energiekonzentration durch den

Lichtbogen erreicht werden kann. Es kann besonders effektiv Energie in das darunterliegende Werkstück eingebracht werden und das Werkstück kann wie gewünscht bearbeitet werden. Durch den Plusanteil bei der Bestromung der Wolframelektrode mit Wechselstrom kann die Oxidschicht auf dem Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen sicher aufgebrochen werden. Durch die Verwendung von Wechselstrom kann somit insbesondere gewährleistet werden, dass sich das Stichloch im weiteren

Schweißfortschritt wieder schließen kann. Im Gegensatz zu dem aus der oben genannten W099/21677 A1 bekannten Verfahren kann mit wesentlich niedrigerer Stromstärke (< 350A im Gegensatz zu etwa 650A) und somit mit Standardstromquellen gearbeitet werden. Herkömmliche Schweißverfahren eignen sich nur bedingt, um Aluminiumwerkstücke zu schweißen, da es zumeist nicht möglich ist, die komplette Oxidschicht ausreichend aufzuschmelzen. Nicht aufgeschmolzene Oxide der Oxidschicht verbleiben dabei im Schweißgut, was als Oxidfahnen bezeichnet wird. Derartige Oxidfahnen stellen eine eindeutige Trennung bzw. Fehlstelle im Schweißgut und in der Schweißnaht dar. Durch die Erfindung kann die Entstehung derartiger Oxidfahnen verhindert und eine saubere, reine Verbindung bzw. Schweißnaht ohne derartige Fehlstellen erzeugt werden.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht, eine Schweißnaht mit hoher und

reproduzierbarer Nahtqualität zu erzeugen. Das Verfahren ist aufwandsarm, kostengünstig und mit hoher Prozesssicherheit durchführbar. Insbesondere kann der zugehörige Schweißbrenner mit geringem konstruktivem Aufwand ausgebildet sein. Insbesondere kann ein herkömmlicher Schweißbrenner zum Durchführen des

Verfahrens verwendet werden, ohne dass es konstruktiver Aufrüstungen bedarf. Mittels des Verfahrens kann ein effektives Stichlochschweißen erheblich einfacher und mit weniger Aufwand durchgeführt werden als ein Plasmastichlochschweißen, insbesondere da kein Plasmagas zugeführt werden muss. Aufwendige Steuerung einer entsprechenden Plasmazufuhr entfällt daher, wodurch auch der bauliche Aufwand des Schweißbrenners möglichst gering gehalten werden kann. Weiterhin kann mittels des Verfahrens ein Stichlochschweißen mit hoher Robustheit und größerem

Toleranzfenster bei Unregelmäßigkeiten in der Nahtvorbereitung als beim

Plasmastichlochschweißen durchgeführt werden.

Insbesondere wird durch die Erfindung ermöglicht, einseitige Schweißnähte bzw.

einseitige Wurzellagen auf einfache und effektive Weise mit hoher Qualität zu erzeugen. Das zu schweißende Werkstück wird dabei nur von einer Seite bearbeitet. Das Verfahren ist somit wesentlich aufwandsärmer durchführbar als ein sogenanntes beidseitiges Schweißverfahren, bei welchem das Werkstück beidseitig bearbeitet wird, bei welchem also sowohl Ober- als auch Unterseite des Werkstücks jeweils mittels eines Schweißbrenners gleichzeitig bearbeitet werden. Beispielsweise kann beim Verschweißen von Luftzerlegersäulen ein innenseitiger Freiraum für einen

Innenschweißer eingespart werden, wodurch eine kürzere Baulänge ermöglicht wird.

Insbesondere ist es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendig,

Schmelzbadsicherungen zu verwenden. Bei herkömmlichen Schweißverfahren werden derartige Schmelzbadsicherungen oftmals eingesetzt, um einseitig geschweißte Schweißnähte mit hoher Qualität zu erzeugen. Beispielsweise können

Schmelzbadsicherungen bei herkömmlichen Schweißverfahren zu diesem Zweck als Unterlagen für das zu schweißende Werkstück verwendet werden. Beispielsweise können auch Schienen oder Gleitschuhe als Schmelzbadsicherungen gegen das

Werkstück gedrückt werden. Oftmals werden die Schmelzbadsicherungen im Zuge des Schweißprozesses an dem Werkstück mit angeschweißt und müssen nach

durchgeführtem Schweißprozesses aufwendig wieder von diesem entfernt werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren entfallen derartige aufwandsintensive Maßnahmen und eine Nahtvorbereitung kann insbesondere so aufwandsarm wie möglich gehalten werden. Insbesondere kann durch das Verfahren vermieden werden, dass ein Spalt zwischen dem Werkstück und der Schmelzbadsicherung verbleibt, wodurch sich das Verfahren beispielsweise zum Verschweißen von Werkstücken bei innerer

Korrosionsbeanspruchung eignet, z.B. für Bauteile zum Einsatz in der

Erdgasverflüssigung bei vorliegender Gefahr einer quecksilberinduzierten

Spannungsrisskorrosion.

Wie obig erläutert, wird das Werkstück durch das Erzeugen des Stichlochs

insbesondere auch über seine gesamte Dicke aufgeschmolzen. Somit können effektiv Oxide in dem Werkstück aufgeschmolzen werden: Insbesondere wird somit ein Schweißgut erzeugt, welches keine nicht aufgeschmolzenen Oxide enthält. Nicht aufgeschmolzene Oxide stellen ab einer gewissen Größe nicht akzeptable Fehlstellen im Schweißgut dar. Durch das Verfahren wird dieses Problem vermieden und eine Schweißnaht mit hoher Qualität ohne derartige Fehlstellen kann erzeugt werden. Vorteilhafterweise wird der wenigstens eine Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt, welche für unterschiedliche Dicken des zu schweißenden Werkstücks jeweils stichlochbegünstigende Werte für den wenigstens einen Schweißparameter vorgeben. Durch diese stichlochbegünstigenden Werte bildet sich das Stichloch bei der jeweiligen Werkstückdicke in dem zu

schweißenden Werkstück , bleibt während des Schweißprozesses aufrecht erhalten und schließt sich nach Wegfall des Lichtbogens wieder. Diese Schweißparameter- Dicke-Relationen können beispielsweise in Form einer Tabelle ausgebildet sein, in welcher für verschiedene Werkstückdicken entsprechende stichlochbegünstigende Werte hinterlegt sind. Es ist auch denkbar, Funktionen der einzelnen

Schweißparameter in Abhängigkeit von der Werkstückdicke als Schweißparameter- Dicke-Relationen zu verwenden. Insbesondere können diese stichlochbegünstigenden Werte und diese Schweißparameter-Dicke-Relationen im Zuge eines

Kalibrierprozesses des entsprechenden Schweißgeräts bzw. Schweißbrenners empirisch ermittelt und beispielsweise in einer Schweißsteuerung hinterlegt werden.

Bevorzugt wird eine Kombination aus mehreren Schweißparametern in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden Werkstücks und in Abhängigkeit voneinander eingestellt. Durch das voneinander abhängige Einstellen mehrerer Schweißparameter ergibt sich eine Vielzahl von Freiheitsgraden um Bildung, Aufrechterhaltung und/oder Schließen des Stichlochs möglichst flexibel beeinflussen zu können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Stromstärke des

Wechselstroms ein Wert zwischen 270 A und 320 A eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, ein Wert zwischen 300 A und 340 A, wenn die Dicke zwischen 8 mm und 12 mm beträgt, und ein Wert zwischen 300 A und 350 A, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 12 mm ist. Diese Werte stellen vorzugsweise stichlochbegünstigende Werte für die Stromstärke gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar, mit welchen bei den jeweiligen Werkstückdicken besonders günstig ein Stichloch erzeugt werden kann.

Für die Schweißgeschwindigkeit wird vorteilhafterweise ein Wert zwischen 15 cm/min und 30 cm/min eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 5 mm ist. Schweißgeschwindigkeiten in diesem Bereich stellen insbesondere stichlochbegünstigende Werte gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar. Bevorzugt kann auch ein Schutzgas bzw. Prozessgas zugeführt werden. Vorzugsweise werden Argon und/oder Helium als Schutzgas zugeführt. Alternativ kann auch ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas zugeführt werden. Ein derartiges Schutzgas wird vorzugsweise zugeführt, wenn die Werkstückdicke größer als 5 mm ist und stellt zweckmäßigerweise ein stichlochbegünstigendes Schutzgas gemäß einer Schweißparameter-Dicke-Relationen dar. Vorteilhafterweise kann ein Zusatzwerkstoff zugeführt werden. Das Wolfram-Inertgasschweißen kann zweckmäßigerweise aber auch unter Zufuhr eines anderen geeigneten Gases oder Gasgemisches als Schutzgas und/oder Zusatzwerkstoff durchgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Menge des zugeführten Schutzgases ein Wert bzw. stichlochbegünstigender Wert zwischen 15 l/min und 20 l/min eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, und ein Wert bzw. stichlochbegünstigender Wert zwischen 18 l/min und 22 l/min, wenn die Werkstückdicke als 8 mm ist.

Vorteilhafterweise wird als Kantenvorbereitung ein I-Stoß eingestellt, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt. Wenn die Werkstückdicke größer als 8 mm ist, wird vorzugsweise eine U-Naht als

Kantenvorbereitung eingestellt mit einem Steg von bis zu 8 mm und einem

Öffnungswinkel von mindestens 50°. Die entsprechende Schweißnahtvorbereitung kann dabei möglichst aufwandsarm durchgeführt werden. Insbesondere kann bis zu einer Werkstückdicke von 8 mm mit einer Kantenvorbereitung geschweißt werden, für welche zweckmäßigerweise kaum Schweißnahtvorbereitungen getroffen werden. Bei größeren Werkstückdicken wird zweckmäßigerweise eine U-Nahtvorbereitung mit einem Steg von bis zu 8 mm Steghöhe durchgeführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Elektrode mit einem runden kalottenförmigen Ende anstelle einer Spitze als Wolframelektrode verwendet. Ein lichtbogenseitiges Ende der Wolframelektrode ist vorzugsweise kalottenförmig, bildet also eine gekrümmte Fläche eines Kugelabschnitts. Beispielsweise besteht bei spitzen Wolframelektroden die Gefahr, dass die Spitze der Wolframelektrode dünnflüssig wird und in das Schweißbad abspritzt, was zu Schweißnahtfehler führen kann. Diese Gefahr besteht bei kalottenförmigen Elektroden nicht. Ein derartiges kalottenförmiges Elektrodenende kann sich bei Wechselstrombeaufschlagung insbesondere auch von selbst bilden, da bei Pluspolung der Wolframelektrode je nach Höhe der Stromstärke Energie in die Wolf ramelektrode geht. Je höher die Stromstärke, desto größer bildet sich der Durchmesser der Kalotte aus.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Stromstärke des Wechselstroms, die Schweißgeschwindigkeit, die Zusammensetzung und Menge des zugeführten Schutzgases und die Kantenvorbereitung als Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden Werkstücks eingestellt. Besonders bevorzugt werden diese Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter- Dicke-Relationen eingestellt, welche in Form der Tabelle ausgebildet sind:

In dieser Tabelle bzw. in diesen Schweißparameter-Dicke-Relationen sind für unterschiedliche Werkstückdicken jeweils bevorzugte stichlochbegünstigende Werte für die entsprechenden Schweißparameter vorgegeben, durch welche auf besonders effektive Weise ein Stichloch in dem Werkstück ausgebildet, während des

Schweißprozesses aufrechterhalten und nach Wegfall des Lichtbogens geschlossen werden kann. Vorzugsweise wird zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter als der wenigstens eine Schweißparameter eingestellt: ein Abstand zwischen der Wolframelektrode und dem zu schweißenden Werkstück, Position und Anstellung eines Schweißbrenners und/oder ein Durchmesser einer Schutzgasdüse zum Zuführen des Schutzgases. Auch diese zusätzlichen Schweißparameter werden insbesondere gemäß vorgegebenen Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt.

Bevorzugte Wertebereiche für diese Parameter können wie folgt angegeben werden: Der Abstand zwischen Wolframelektrode und Werkstück beträgt vorzugsweise 4 bis 5 mm, die Position des Schweißbrenners ist vorzugsweise PF-rotiert (diese Bezeichnung lehnt sich an DIN EN ISO 6947 an, die jedoch keine Bezeichnung für PF-rotiert enthält), senkrecht steigend. Die Anstellung des Schweißbrenners ist vorzugsweise bei 3° bis 5° stechend, d. h. 3° bis 5° nach oben gerichtet. Der Durchmesser der Schutzgasdüse beträgt vorzugsweise 8 bis 12 mm.

Das Verfahren eignet sich in einer bevorzugten Ausführung zum Schweißen von Werkstücken im Rohrleitungsbau. Insbesondere eignet sich das Verfahren zum Schweißen von nur einseitig zugänglichen Werkstücken, weiter insbesondere von drehbaren, einseitig zugänglichen Werkstücken. Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für die Herstellung von Segmentkrümmern. Rohrabschnitte eines derartigen Segmentkrümmers, vorzugsweise aus Aluminium gefertigt, werden als Werkstücke miteinander verschweißt. Bei derartigen Bauteilen stehen Achsen angrenzender Rohrabschnitte jeweils unter bestimmten Winkeln zueinander. Zumeist sind diese Rohrabschnitte schräg geschnitten, wodurch sich eine wechselnde Dicke bzw. Wanddicke ergibt, wenn Rohrabschnitte miteinander verschweißt werden sollen. Das Verfahren ermöglicht es, Rohrabschnitte mit derartigen Dickenänderungen bzw. Wanddickenänderungen sicher und präzise mit hoher Schweißnahtqualität zu verschweißen. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt schematisch einen Schweißbrenner zum Wolfram-Inertgasschweißen, der dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.

Figur 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In den Figuren 1 a und 1 b ist jeweils ein Schweißbrenner zum Wolfram- Inertgasschweißen schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Identische

Bezugszeichen in den Figuren 1 a und 1 b bezeichnen gleiche oder baugleiche

Elemente.

Der Schweißbrenner 100 weist eine nicht abschmelzende Wolframelektrode 1 10 mit einem runden, kalottenförmigen Ende 1 1 1 auf. Die Wolframelektrode 1 10 ist zumindest teilweise von einem Strom kontaktrohr 140 umgeben. Über das Stromkontaktrohr 140 wird ein Schweißstrom auf die Wolframelektrode 1 10 geführt.

Das Stromkontaktrohr 140 sowie ein zu schweißendes Werkstück sind elektrisch mit einer Schweißstromquelle 150 verbunden. In Figur 1 a ist das Werkstück als 160a bezeichnet und weißt eine Dicke d_a von beispielsweise 7 mm auf. Das Werkstück in Figur 1 b ist mit 160b bezeichnet und weißt eine Dicke d_b von beispielsweise 1 1 mm auf. Beispielsweise kann das Werkstück 160a bzw. 160b im Zuge des

Rohrleitungsbaus verschweißt werden. Das Werkstück 160a bzw. 160b kann auch ein Rohrabschnitt eines Segmentkrümmers sein. Durch die Schweißstromquelle 150 werden die Wolframelektrode 1 10 und das

Werkstück 160a bzw. 160b mit Wechselstrom bestromt, wodurch zwischen dem kalottenförmigen Ende 1 1 1 der Wolframelektrode 1 10 und dem Werkstück 160a und 160b ein Lichtbogen 120 brennt.

Über eine Schutzgasdüse 130 wird ein Schutzgas einer bestimmten

Zusammensetzung und Menge in Richtung des Lichtbogens 120 zugeführt. Das zugeführte Schutzgas ist in Figur 1 a mit 131 a bezeichnet und in Figur 1 b mit 131 b. .

Das Werkstück 160a und das Werkstück 160b sind jeweils aus einer

Aluminiumlegierung gefertigt, beispielsweise aus einer AlMgSiCu-Legierung oder einer AlMgSi-Legierung. Beispielsweise ist das Werkstück 160a bzw. 160b aus dem

Werkstoff EN AW-5083 bzw. AIMg4,5Mn mit der Werkstoff Nummer DIN 3.3547 gefertigt, also aus einer Aluminium-Legierung mit einem Mangan-Anteil zwischen 0,4% und 1 ,0% und mit einem Magnesium-Anteil zwischen 4,0% und 4,9%.

Da Aluminium schnell mit Sauerstoff reagiert, ist auf dem Werkstück 160a bzw. 160b jeweils eine Oxidschicht 161 aus Aluminiumoxid Al₂0₃ ausgebildet. Diese Oxidschicht 161 muss für die Bearbeitung des Werkstücks 160 aufgebrochen werden, um ausreichend Energie in das Werkstück 160 einbringen zu können.

Der Schweißbrenner 100 ist daher dazu eingerichtet, eine bevorzugte

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Im Zuge dessen wird wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von der Dicke d_a bzw. d_b des Werkstücks 160a bzw. 160b derart eingestellt, dass sich ein Stichloch 162 in dem zu schweißenden Werkstück 160a bzw. 160b bildet. Die entsprechenden

Schweißparameter werden in Abhängigkeit von der Werkstückdicke derart eingestellt, dass sich das Stichloch 162 während des Schweißprozesses bildet und nach Wegfall des Lichtbogens 120 wieder schließt.

Diese Parameter werden derart eingestellt, dass das Werkstück 160a bzw. 160b in dem Bereich um den Auftreffpunkt des Lichtbogens 120 herum aufgeschmolzen wird und somit ein Schmelzbad 163 gebildet wird. Weiterhin kann durch die entsprechend eingestellten Parameter mittels des Lichtbogens 120 derart Energie in das Werkstück 160 eingebracht werden, dass sich in dem Schmelzbad 163 eine Kapillare bildet, welche sich letztendlich über die gesamte Dicke des Werkstücks 160 erstreckt und das Stichloch 162 bildet. Wenn der Lichtbogen 120 bzw. der Schweißbrenner 100 über das Werkstück 160 bewegt wird, fließt die Schmelze bei Wegfall des Lichtbogens 120 zusammen und erstarrt zur Schweißnaht.

In Figur 2 ist eine entsprechende bevorzugte Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt.

In Schritt 201 werden das Stromkontaktrohr 140 und das Werkstück 160a bzw. 160b miteinander elektrisch verbunden. In Schritt 202 werden die Stromstärke des

Wechselstroms, die Schweißgeschwindigkeit, Zusammensetzung und Menge des zugeführten Schutzgases und die Kantenvorbereitung als Schweißparameter in Abhängigkeit von der Werkstückdicke eingestellt.

Diese Schweißparameter werden gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke- Relationen eingestellt, vorzugsweise gemäß der weiter oben abgebildeten Tabelle.

Demgemäß wird in Schritt 21 1 , wenn die Dicke des Werkstücks zwischen 5 mm und 8 mm beträgt, das Schutzgas in einer Menge zwischen 15 ml/min und 20 ml/min zugeführt, eine Stromstärke zwischen 270 A und 320 A eingestellt, eine I-Stoß Kantenvorbereitung durchgeführt und der Schweißprozess wird mit einer

Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. Mit diesen Schweißparametern wird in Schritt 212 der Schweißprozess durchgeführt.

In Schritt 221 , wenn die Dicke des Werkstücks zwischen 8 mm und 12 mm beträgt, wird das Schutzgas in einer Menge zwischen 18 ml/min und 22 ml/min zugeführt, eine Stromstärke zwischen 300 A und 340 A wird eingestellt, eine U-Naht

Kantenvorbereitung mit einem Steg von maximal 8 mm und einem Öffnungswinkel von mindestens 50° wird durchgeführt und der Schweißprozess wird mit einer

Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. In Schritt 222 wird der Schweißprozess des entsprechenden Werkstücks mit diesen

Schweißparametern durchgeführt. Wenn die Dicke des Werkstücks in Schritt 231 größer als 12 mm ist, wird das

Schutzgas in einer Menge zwischen 18 ml/min und 22 ml/min zugeführt, eine

Stromstärke zwischen 300 A und 350 A wird eingestellt, eine U-Naht

Schweißgeschwindigkeit zwischen 15 cm/min und 30 cm/min durchgeführt. Der Schweißprozess des Werkstücks wird in Schritt 232 mit diesen Schweißparametern durchgeführt.

In all diesen Fällen 21 1 , 221 und 231 wird jeweils Argon und/oder Helium oder ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas zugeführt. Im Beispiel von Figur 1 a bei dem Werkstück 160a mit der Dicke d_a von 7 mm wird beispielsweise ein Argon-Helium-Gemisch als Schutzgas 131 a mit einer Menge von 15 l/min zugeführt, eine Stromstärke von z.B. 300 A eingestellt und der

Schweißprozess wird mit einer Schweißgeschwindigkeit von 20 cm/min durchgeführt. Im Beispiel der Figur 1 a wird eine I-Stoß Kantenvorbereitung durchgeführt.

Zum Schweißen des Werkstücks 160b im Beispiel von Figur 1 b mit der Dicke d_b von 1 1 mm wird beispielsweise ebenfalls das Argon-Helium-Gemisch als Schutzgas 131 b zugeführt, jedoch mit einer Menge von 20 l/min zugeführt. Es wird Stromstärke von z.B. 320 A eingestellt und der Schweißprozess wird mit einer Schweißgeschwindigkeit von 20 cm/min durchgeführt. Wie in Figur 1 b zu erkennen ist, wird eine U-Naht

Kantenvorbereitung mit einem Steg von beispielsweise 3 mm und einem

Öffnungswinkel von z.B. 60° durchgeführt. Bezuqszeichenliste

100 Schweißbrenner zum Wolfram-Inertgasschweißen

1 10 Wolf ramelektrode

1 1 1 kalottenförmiges Ende der Wolframelektrode

120 Lichtbogen

130 Schutzgasdüse

131 a Schutzgas

131 b Schutzgas

140 Stromkontaktrohr

150 Schweißstromquelle

160a Werkstück

160b Werkstück

161 Oxidschicht

162 Stichloch

163 Schmelzbad da Dicke des Werkstücks 160a

d_b Dicke des Werkstücks 160b

201 bis 232 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen,

- wobei eine Wolframelektrode (1 10) und ein zu schweißendes Werkstück (160, 160') mit Wechselstrom bestromt werden (201 ), wobei ein Lichtbogen (120) zwischen der Wolframelektrode (1 10) und dem zu schweißendem Werkstück (160, 160') brennt,

- wobei das zu schweißende Werkstück (160, 160') aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist,

- wobei wenigstens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von einer Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') derart eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ), dass sich ein Stichloch (162) in dem zu schweißenden Werkstück (160, 160') bildet und dass eine Bildung und Aufrechterhaltung des Stichlochs (162) während des Schweißprozesses und ein Schließen des Stichlochs (162) nach Wegfall des Lichtbogens (120) erfolgen,

- wobei als der wenigstens ein Schweißparameter ein oder mehrere der

folgenden Parameter eingestellt wird: eine Stromstärke des Wechselstroms, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines zugeführten Schutzgases (131 , 131 '), eine Menge des zugeführten Schutzgases (131 , 131 ') und/oder eine Kantenvorbereitung.

Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der wenigstens eine Schweißparameter gemäß vorgegebener Schweißparameter-Dicke-Relationen eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ), welche für unterschiedliche Dicken des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') jeweils stichlochbegünstigende Werte für den wenigstens einen

Schweißparameter vorgeben.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Kombination aus mehreren

Schweißparametern in Abhängigkeit von der Dicke des zu schweißenden

Werkstücks (160, 160') und in Abhängigkeit voneinander eingestellt wird (202, 21 1 , 221 , 231 ).

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Stromstärke des Wechselstroms - ein Wert zwischen 270 A und 320 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),

- ein Wert zwischen 300 A und 340 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160') zwischen 8 mm und 12 mm beträgt (221 ),

- ein Wert zwischen 300 A und 350 A eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks größer als 12 mm ist (231 ).

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die

Schweißgeschwindigkeit ein Wert zwischen 15 cm/min und 30 cm/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160, 160') größer als

5 mm ist (21 1 , 221 , 231 ).

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Argon und/oder Helium oder ein Gasgemisch aus Argon und/oder Helium mit einer Dotierung an

Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffverbindung als Schutzgas (131 , 131 ') zugeführt werden (21 1 , 221 , 231 ).

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Menge des zugeführten Schutzgases (131 , 131 ')

- ein Wert zwischen 15 l/min und 20 l/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),

- ein Wert zwischen 18 l/min und 22 l/min eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160') größer als 8 mm ist (221 , 231 ).

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Kantenvorbereitung

- ein I-Stoß eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden Werkstücks (160) zwischen 5 mm und 8 mm beträgt (21 1 ),

- eine U-Naht mit einem Steg von bis zu 8 mm und einem Öffnungswinkel von mindestens 50° eingestellt wird, wenn die Dicke des zu schweißenden

Werkstücks (160') größer als 8 mm ist (221 , 231 ).

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Elektrode (1 10) mit einem kalottenförmigen Ende (1 1 1 ) als Wolframelektrode verwendet wird (21 1 , 221 , 231 ).

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter als der wenigstens eine Schweißparameter eingestellt wird: ein Abstand zwischen der Wolf ramelektrode (1 10) und dem zu schweißenden Werkstück (160, 160'), Position und Anstellung eines

Schweißbrenners (100) und/oder ein Durchmesser einer Schutzgasdüse (130) zum Zuführen des Schutzgases (131 , 131 ').

1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung von Rohrleitungen.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung von Segmentkrümmern.