Schweißlösungen, die jeden Schweißer begeistern

Dank der Entwicklungen der letzten Jahre in Bezug auf die Stromquelle für MIG/MAG-Schweißanlagen liegen multifunktionale Ausrüstungen stark im Trend. Die beim MIG/MAG-Schweißen zum Einsatz kommenden neuen Stromquellen- und Softwaretechniken fördern die Entwicklung maßgeschneiderter Schweißverfahren und -funktionen, die dem Schweißer die Arbeit erleichtern. Die Produktfamilie Wise von Kemppi wurde speziell für diesen Zweck konzipiert. Sie besteht aus einer Reihe von softwaregeführten Schweißprodukten, die die Schweißmaschinen FastMig und KempArc ergänzen. Die individuell zugeschnittenen Schweißverfahren und -funktionen sind für Wurzellagen und Blechschweißanwendungen geeignet und bieten sowohl Einbrand- als auch gezielte Lichtbogensteuerung bei hoher Energiedichte auf engem Raum.

WiseRoot ist ein maßgeschneidertes MIG/MAG-Schweißverfahren. Bei dem patentierten Schweißprozess werden Strom- und Spannungsparameter der Stromquelle digital gesteuert. Dabei wird der Kurzschlussstrom überwacht und der korrekte Übertragungstakt der Zusatzwerkstofftropfen vom Zusatzdraht zum Schweißbad geregelt. Es handelt sich hierbei um eine Abwandlung des Kurzlichtbogenschweißens, die als MIG/MAG-Schweißverfahren unter Kategorie 131, 135, 136 oder 137 gemäß EN ISO 4063 einzuordnen ist.

Das Arbeitsprinzip bei WiseRoot basiert darauf, dass zwei verschiedene Formen aus dem Schweißstrom gebildet werden. Diese Formen werden nach den beiden Anstiegsphasen Kurzschluss und Lichtbogendauer unterschieden. Der WiseRoot-Prozess stellt einen abgewandelten Kurzlichtbogen-Schweißprozess dar und ist nicht mit dem Pulsschweißen zu verwechseln.

In der ersten Anstiegsphase wird der Zusatzwerkstoff während des Kurzschlusses zum Schweißbad geleitet. Während der zweiten Anstiegsphase wird die Lichtbogenleistung schnell erhöht und auf dem gewünschten Niveau gehalten. Vor der ersten Anstiegsphase weist der Schweißstrom eine kurze Stromspitze auf, bei dem der Schweißdraht das Schweißbad berührt. Während der ersten Anstiegsphase entsteht durch die schnelle Stromerhöhung auf das gewünschte Niveau ein so genannter “Pinch-Effekt“, der dem Tropfen ermöglicht, sich von der Spitze des Schweißdrahts abzulösen.

Die eigentliche Ablösung wird hierbei durch langsame Reduzierung des Stroms gewährleistet. Sobald der Tropfen das Schweißbad erreicht hat, beginnt die zweite Stromanstiegsphase, welche die Lichtbogenphase einleitet. Die Gerätesteuerung überwacht den Augenblick der Tropfenablösung im gesamten Lichtbogen. Das richtige Timing für die Stromzunahme und -abnahme gewährleistet einen spritzerfreien Übergang vom Kurzschluss zum offenen Lichtbogen.

In der zweiten Anstiegsphase bildet sich das Schweißbad, wobei diese Phase einen ausreichenden Einbrand bei der Wurzellage gewährleistet. Nach Abschluss der beiden aufeinanderfolgenden Anstiegsphasen wird der Strom auf das gewünschte Grundniveau gesenkt. Das Stromgrundniveau gewährleistet, dass der nächste Zusatzwerkstofftropfen während des nächsten Kurzschlusses zum Schweißbad geleitet wird.

Die schnelle und zeitlich korrekte Steuerung der Stromquelle in Verbindung mit der korrekten Stromkurvenform ermöglicht eine gleichmäßige und spritzerfreie Tropfenablösung und -übertragung zum Schweißbad. Dies hält den Lichtbogen stabil und der Schweißprozess ist einfach zu steuern. Nachfolgend werden die Unterschiede zwischen WiseRoot- und normalem Kurzlichtbogenschweißen erläutert.

Beim normalen Kurzlichtbogenverfahren erfolgt die Tropfenablösung abhängig von der Spannungssteuerung bei einem hohen Spannungswert. Anschließend wird die Spannung langsam herabgesetzt, die Lichtbogenphase endet und die nächste Kurzschlussphase beginnt. Beim WiseRoot-Verfahren tritt die Tropfenablösung bei einem niedrigeren Spannungswert ein, so dass eine sanftere Übertragung zum Schweißbad erfolgt.

In der anschließenden Lichtbogenphase erfolgt eine exakt bemessene Lichtbogenverstärkung und dann wird der Strom vor dem nächsten Kurzschluss schlagartig auf das vordefinierte Niveau herabgesetzt. Dank des genau gesteuerten Lichtbogens beim WiseRoot-Prozess wird die Gefahr von Spritzern während der Tropfenablösung verringert und der Wärmeeintrag während der Lichtbogenphase auf ein dem normalen Kurzlichtbogenverfahren vergleichbares Niveau herabgesetzt.

• Geringer Lernaufwand und einfache Bedienung
• Weniger Schweißspritzer als beim normalen Kurzlichtbogen
• Breiterer Wurzelspalt ermöglicht schmaleren Fugenwinkel und geringeres Fugenvolumen
• Keine Badsicherung erforderlich
• Hochgradig effizientes Verfahren: 10 % schneller als normales MAG-Schweißen und drei Mal schneller als WIG-Schweißen
• Geeignet für Produktionsschweißen

Beim Dünnblechschweißen ist vor allem ein geringer Wärmeeintrag wünschenswert. Hierbei kommen vor allem Laserschweißverfahren zur Anwendung, die jedoch ihre Grenzen haben. Die neuesten MIG/MAG-Verfahren erlauben ein Schweißen mit geringem Wärmeeintrag, insbesondere im Kurzlichtbogenbereich. Der Vorzug eines maßgeschneiderten Verfahrens liegt darin, dass der gleiche Wärmeeintrag wie beim Laserschweißen erzielt werden kann.

Bei dem von Kemppi entwickelten WiseThin-Verfahren handelt es sich um einen maßgeschneiderten MIG/MAG-Kurzlichtbogenprozess mit einem um 5-25 Prozent (je nach Schweißaufgabe) verringerten Wärmeeintrag im Vergleich zum normalen Kurzlichtbogen. Dies ist vor allem beim Schweißen von hochfesten Stählen von großem Vorteil, da die Tendenz zum Schweißen immer größerer Festigkeiten geht. Dies ist ein entscheidender Faktor für das Schweißen mit geringem Wärmeeintrag.

Das WiseThin-Verfahren gleicht prinzipiell dem für Wurzellagenschweißen maßgeschneiderten WiseRoot, mit dem Unterschied, dass WiseThin ein für das Blechschweißen optimiertes Verfahren ist.

Es handelt sich hierbei um eine Abwandlung des Kurzlichtbogenschweißens, die als MIG/MAG-Schweißverfahren unter Kategorie 131, 135, 136 oder 137 gemäß EN ISO 4063 einzuordnen ist.

Die größten Schwierigkeiten ergeben sich beim Dünnblechschweißen durch die geringen Spalttoleranzen. Bei MIG/MAG-Schweißprozessen ist das Toleranzfenster größer, da diese von Spaltgrößenabweichungen weniger beeinträchtigt werden. Aufgrund des geringeren Wärmeeintrags bei maßgeschneiderten Prozessen lassen diese größere Spalttoleranzen zu, was wiederum die Handhabung des Schmelzbades vereinfacht.

Beim MIG/MAG-Schweißen wird meistens eine konstante Spannung (CV) verwendet. Der selbstnachstellende Lichtbogen ist das wichtigste Argument für die Verwendung konstanter Spannungskennlinien. Mit einem erhöhten Stick out des Schweißdrahts fällt die Schweißleistung, weil der Schweißstrom sinkt (P = U x I).

Ein veränderter Stick out hat keine Auswirkungen auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit oder die Lichtbogenspannung sondern auf den Schweißstrom.

Da eine konstante Spannungskennlinie verwendet wird, hängt der Schweißstrom von dem Stick out des Schweißdrahts ab: Je höher die Austrittslänge, desto niedriger der Schweißstrom. Dies kann zu schweren Schweißfehlern führen, wie zum Beispiel mangelhafter oder unzureichender Einbrand, ungleichmäßige Nahtqualität und Spritzer.

Beim manuellen MIG/MAG-Schweißen variiert der Stick out je nach Fertigkeit des Schweißers mehr oder weniger, was sich auf die Einbrandtiefe auswirkt. Gewisse Bedingungen wie eingeschränkte Sicht oder Zugänglichkeit, Positionsschweißen, schwierige Fugen oder Schweißprobleme können es erforderlich machen, dass der Schweißer den Stick out erhöhen muss.

Beim mechanischen und automatisierten Schweißen führen maßliche und geometrische Abweichungen der Verbindungen u. U. zu Abweichungen des Stick outs. Solche Abweichungen können in den verschiedenen Vorbereitungsphasen oder während der Montage entstehen. Darüber hinaus können durch die Schweißwärme Formänderungen verursacht werden, die beim Schweißen zu weiteren Abweichungen führen.

Systeme zur Nahtverfolgung schaffen hier u. U. Abhilfe; sie sind jedoch teuer und nicht für alle Schweißverhältnisse geeignet.

Die von Kemppi angebotene Funktion WisePenetration eignet sich für Einsatzbereiche, bei denen es schwierig ist, einen konstanten Stick out zu gewährleisten. Dank WisePenetration können die Schweißparameter (I, U) leicht innerhalb der in der Schweißanweisung (WPS = welding procedure specification) festgelegten Grenzen gehalten werden. Somit wird der gewünschte Einbrand garantiert und die Schweißqualität verbessert.

WisePenetration bietet einen konstanten Schweißstrom und einen Stick out, der innerhalb der in der Schweißanweisung (WPS) festgelegten Grenzen bleibt. Beim Schweißen mit einem Stick out innerhalb der zulässigen Grenzen funktioniert WisePenetration wie ein konventionelles MIG/MAG-Verfahren, wobei der Schweißstrom zusammen mit dem Stick out variiert. Sobald jedoch der Stick out des Schweißdrahts den erlaubten Wert übersteigt, übernimmt WisePenetration die Steuerung und sorgt dafür, dass der Strom konstant bleibt.

Wisepenetration

Eines der häufigsten Probleme beim Positionsschweißen besteht in der Steuerung des Schweißlichtbogens und des flüssigen Schweißbads.

Dies ist vor allem beim MIG/MAG-Impuls- und -Sprühlichtbogenschweißen der Fall. Es gestaltet sich beispielsweise ausgesprochen schwierig, beim horizontalen Überkopfschweißen von Aluminium die richtigen Impulsschweißparameter einzustellen. Um den vielfältigen Anforderungen des Positionsschweißens gerecht zu werden, hat Kemppi die WiseFusion-Funktion entwickelt, mit deren Hilfe eine konstantere Lichtbogenlänge erzielt und verhindert wird, dass der Lichtbogen bei zunehmendem Stick out des Schweißdrahts verlängert wird.

Das Funktionsprinzip basiert auf der geregelten Steuerung der Impuls- beziehungsweise Sprühlichtbogenspannung und der Stromkurvenform. So entsteht ein gezielterer Lichtbogen mit einer höheren Energiedichte als beim normalen Impuls- oder Sprühlichtbogenschweißen.

Ein weiterer Vorzug von WiseFusion besteht darin, dass aufgrund des gezielten Lichtbogens größere Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden. Eine größere Schweißgeschwindigkeit und eine höhere Energiedichte wiederum bedeuten weniger Wärmeeintrag im Vergleich zum Standard-Impuls- oder -Sprühlichtbogen – ein Faktor, der bei bestimmten Werkstoffen von entscheidender Bedeutung ist.

Die adaptive Lichtbogensteuerung bietet vielseitige Vorzüge, unter anderem eine hervorragende Schweißbadkontrolle in allen Positionen und einen engen und energiereichen Lichtbogen, ohne dass eine Feineinstellung der Lichtbogenlänge erfolgen muss.

Die Bedienung von WiseFusion ist denkbar einfach. Die Schweißparameter sind stets richtig eingestellt, eine manuelle Justierung entfällt. Es werden höhere Schweißgeschwindigkeiten, eine größere Einbrandtiefe und ein stabilerer, exakt gerichteter Lichtbogen erzielt. Nicht zuletzt zeichnet sich WiseFusion auch durch den geringen Wärmeeintrag und schmale Schweißfugen in punkto Produktivität und Rentabilität aus.

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