Qualifizierung des WIG-Stichlochschweißens von Baustahl

Ziel der Entwicklung

Aktuelle Prognosen zeigen, dass die globale Stahlnachfrage in den nächsten Jahren stetig steigen wird. Die wirtschaftliche und ressourcenschonende Verarbeitung von Stahlwerkstoffen erfordert geeignete Fügeverfahren, die auf ihre technologische Machbarkeit untersucht werden müssen, um eine hohe Schweißnahtqualität zu erreichen. Angepasste Parameterlösungen zum WIG-Stichlochschweißen von Baustählen mit Heißdraht existieren nicht in ausreichendem Maße und müssen entsprechend der vorhandenen Parametervielfalt komplex betrachtet werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten beispielsweise im Stahlbau, Maschinenbau, Schiffsbau sowie der Energietechnik (Windkraft, Biogasanlagen). Problematisch ist die geringe Viskosität des Schmelzbades beim Schweißen von Baustahl, was die Prozessstabilität maßgeblich beeinflusst und dessen Beherrschung nur durch genau definierte Parametersätze gewährleistet ist. Außerdem neigt das Verfahren mit zunehmenden Schweißgeschwindigkeiten zu Nahtunterwölbungen in den Randbereichen und Nahtüberwölbungen in der Mitte der Schweißnaht. Viele Unternehmen haben jedoch keine ausreichenden Kapazitäten, weiterreichende Forschungsprojekte auf dem Gebiet des WIG-Stichlochschweißens durchzuführen.

Vorteile und Lösungen

Das Besondere an diesem Verfahren ist die hohe Wirtschaftlichkeit und gute Schweißnahtqualität, bei geringen Anlagen- und Fertigungskosten. Der Lösungsansatz des Forschungsvorhabens basierte auf der Verwendung des WIG-Stichlochverfahrens an verschiedenen Baustählen mit 8 mm Blechstärke und weiterführend die Kombination von Heißdraht-Zusatzwerkstoff-Zufuhr und Impulsstromtechnologie. Um den Einfluss auf den Prozess und damit auf das Schweißergebnis unabhängig zu bestimmen, erfolgten nacheinander Experimente zu den einzelnen Verfahren. Erst nach der Korrelation von Eingangsparametern mit den Ergebnissen der Bewertung erfolgte der kombinierte Einsatz. Stabile Prozesse konnten unter Anwendung eines Spaltes von ca. 1-1,5 mm und der Verwendung von Impulsstrom in Kombination mit Heißdraht erzielt werden. Um die Normwerte für die Kerbschlagarbeit zu erreichen waren Schweißgeschwindigkeiten =42 cm/min notwendig, was durch die Zumischung von ca. 10 % Helium zum Argon als Schutzgas erreicht werden konnte.

Zielmarkt

Die hauptsächliche Nutzung der Ergebnisse erfolgt in den Fachgebieten Werkstoffe und Produktion bspw. an langen Stumpfnähten. Die Forschungsergebnisse dienen unmittelbar in den Wirtschaftszweigen Maschinen- und Anlagenbau, Verfahrenstechnik und Produktionstechnik sowie im Bereich Forschung und Entwicklung. Ebenso ziehen die Fachgebiete Bauwesen/Bauforschung einen indirekten Nutzen aus den Ergebnissen, da die generierten Erkenntnisse zur Aufnahme des Verfahrens in Normen und Richtlinien beitragen können. Das entwickelte Verfahren ist gegenüber etablierten Verfahren rentabel, muss jedoch noch Eingang die industrielle Fertigung finden. Daher finden Gespräche mit Interessenten zur Verwendung, Implementierung und Umsetzung der erzielten Ergebnisse statt. Das ifw Jena sieht sich dabei als kompetenten Ansprechpartner, um spezifische anwendungsorientierte Lösungen für KMU zu entwickeln. Das gewonnene fügetechnische Know-How aus den anwendungsorientierten Schweißexperimenten können die Unternehmen in ihrer Fertigung umsetzen, was ihnen deutliche ökonomische Effekte und Wett-bewerbsvorteile verspricht.