Ziel der Entwicklung
Grundlage dieses FuE-Vorhabens ist das tiefere Einbrandverhalten der neuen Sprühlichtbogenprozesse, welches auch für das teilmechanisiert ausgeführte MSG-Schweißen Potenziale aufweist. Dieses war aber bisher noch nicht in der Komplexität untersucht worden. Der Bedarf bestand in der Ermittlung von Grenzwerten hinsichtlich der Nahtgestaltung, die einen prozesssicheren Fügeprozess bei Einhaltung der geforderten Nahteigenschaften ermöglichen.
Für die Untersuchungen kamen die allgemeinen Baustähle S235 beziehungsweise S355 in Blechdicken von 5, 10, 20 und 40 Millimetern zum Einsatz, die als Stumpf- und Kreuzstoßverbindungen geschweißt wurden. Als Schweißzusatzwerkstoffe wurden zum größten Teil artgleiche Massivdrähte eingesetzt. Um Auswirkungen auf die Lichtbogenausbildung und Einbrandverhältnisse zu analysieren, wurden zusätzlich Untersuchungen mit verschiedenen Schutzgaszusammensetzungen sowie Fülldrähten durchgeführt.
Zur Anwendung kamen zwei modifizierte Sprühlichtbögen, die mit einem Standard- Sprühlichtbogen verglichen wurden. Um verfahrensabhängige Grenzwerte besser beurteilen zu können, wurden die Schweißversuche teilmechanisiert und automatisiert durchgeführt. Andererseits wurden auch kritische Punkte wie Rissbildung infolge zu hoher Eigenspannungen durch zu kleine öffnungswinkel, Verlust der Kerbschlagarbeit in der WEZ, Flankenbindefehler sowie Einbrandkerben näher betrachtet. Für die Qualifizierung der hergestellten Schweißverbindungen, kamen Methoden der zerstörenden und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur Anwendung.
Vorteile und Lösungen
Durch das steigende Produktionsvolumen im Stahl-, Anlagen-, Maschinen- und Schiffsbau, ist die Weiterentwicklung der Fügetechnologien unumgänglich, um Produktionskosten zu minimieren sowie ressourcenschonend und effizient am Markt agieren zu können. Modifizierte Sprühlichtbögen bieten ein großes Einsparpotenzial hinsichtlich der Nahtgestaltung, Schweißzeiten, Schutzgase und Schweißzusatzwerkstoffe. Die im Vorhaben erzielten Ergebnisse dienen den Endanwendern als Datenbasis zur konsequenten Ausnutzung der Potenziale dieser Lichtbogenprozesse. Die Investitionskosten in die Anlagentechnik halten sich in Grenzen, da die meisten namenhaften Schweißstromquellenhersteller diese Lichtbogenarten in ihren aktuellen Geräten, neben dem Standardprozess, mit anbieten. Da die neuen Lichtbogenprozesse mit einer abgesenkten Lichtbogenspannung, im Vergleich zum Standard-Sprühlichtbogen arbeiten, reduziert sich nicht nur der Wärmeeintrag im Material, sondern auch der Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten. Der reduzierte Wärmeeintrag bietet des weiteren Potenziale beim Schweißen kritischer Werkstoffe, wie beispielsweise hochfeste Feinkornbaustähle, die schnell in der Wärmeeinflusszone überhitzen. Die Vorhabensergebnisse wurden in Form von Schweißanweisungen anwenderfreundlich aufbereitet, so dass ein wirtschaftliches Fügen von allgemeinen Baustählen, angepasst an die resultierenden mechanischen-technologischen Eigenschaften, mittels modifizierter Sprühlichtbögen ermöglich wird. Um den Bekanntheitsgrad dieser neuen Lichtbogenprozesse zu steigern, sollen die Ergebnisse weiter veröffentlicht werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Einschätzung der wirtschaftlichen Erfolgsaussichten
Die bisher durchgeführten Gespräche mit Industrieunternehmen zeigen, dass der Einsatz von neuen Schweißtechnologien, wie die modifizierten Sprühlichtbogenprozesse, für das wirtschaftliche Fügen von qualitativ hochwertigen Bauteilen aus Baustählen notwendig ist. Im Rahmen des Projekts betrifft dies hauptsächlich das Fügen von Bauteilen mit großen Blechdicken.
Im Bundesland Thüringen ist die metallverarbeitende Industrie ein Wirtschaftsschwerpunkt. Gegenwärtig zeichnen sich für die zu schweißenden Werkstoffkombinationen im Bereich des Stahlbaus konkrete Schweißaufgaben ab. Die Qualifizierung der modifizierten Sprühlichtbogenprozesse ermöglicht es, Bauteilkomponenten, die höchsten Anforderungen wie zum Beispiel: Verbindungsfestigkeit, Wirtschaftlichkeit und Reproduzierbarkeit genügen, herzustellen.
Das Hauptziel des wirtschaftlichen Vermarktungskonzeptes besteht darin, kleinen und mittelständigen Unternehmen Möglichkeiten zu erschließen, qualitativ hochwertige Produkte mit besseren Gebrauchseigenschaften wirtschaftlich herzustellen. Die Bereitschaft zu Neuentwicklungen und die Erweiterung der Kompetenzen sowie die Konkurrenzfähigkeit des ifw und der Unternehmen werden durch entsprechende Forschungstätigkeiten gestärkt. Besondere Erfolgsaussichten rechnet sich der Antragsteller durch die technischen Möglichkeiten und die umfangreiche Erfahrung bei der Bearbeitung der fügetechnischen Herausforderung aus.