| Fachbericht - Schweißtechnik Synchron-Schweißen. Bessere Nähte bei dicken Alu-Blechen Wer dicke Aluminiumbleche verbinden muss und auf eine hohe Nahtqualität Wert legt, kommt am Synchronschweißen nicht vorbei. Die Vorteile digitaler Stromquellen lassen sich auch bei diesem Verfahren nutzen. Autor: Thomas Preuss, Stuttgart „Das Thema Synchronschweißen ist vor allem im dickwandigen Behälter-, Silo- oder Fahrzeugbau von Interesse“, erklärt Jörg Herrmann. Dickwandig beginnt nach der Definition des Fachbereichsleiters Lichtbogenschweißen der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt (SLV) Halle GmbH bei vier bis fünf Millimetern. „Um in derartige Bauteile genug Energie einzubringen, muss entweder beidseitig geschweißt werden, oder es müssen mehrere Schweißer zusammenarbeiten.“ Bei langen Nähten sinkt die Arbeitszeit dadurch deutlich. Wenn aber mit zwei Brennern in einem gemeinsamen Schmelzbad gearbeitet werden muss oder mehrere Brenner räumlich nah beieinander arbeiten, kann es zu Komplikationen kommen. Das fängt schon damit an, dass zwei Schweißer oft nicht genügend Platz nebeneinander haben, um an derselben Stelle zu arbeiten. Bei gegenüberliegenden Brennern sind Handschweißungen schon eher möglich. Ansonsten muss automatisiert werden und die Stromquellen und damit die Brenner aufeinander abgestimmt werden. Ein Thema ist das Synchronschweißen besonders bei den Leichtmetall-Werkstoffen Aluminium und Magnesium, wo die Wärmeleitbedingungen physikalisch sehr günstig sind und eine hohe Leistungsdichte gefordert wird – und die mit dem WIG-Verfahren geschweißt werden. „Bei diesem Verfahren steht die Qualität der Naht im Vordergrund“, sagt Jörg Herrmann, „und nicht die Geschwindigkeit oder die Abschmelzleistung des Zusatzwerkstoffes.“ Es gibt metallurgische und durch den Werkstoff bedingte Prozesse, die beim Einwirken von zwei Lichtbögen in einem gemeinsamen Bereich nur dann sicher beherrscht werden, wenn synchron gearbeitet wird. Dazu zählen die Schmelzbadbewegung und die Erzeugung und Verteilung des Wärmefeldes. Nur wenn beide Lichtbögen aufeinander abgestimmt werden, erfüllt die Schweißnaht die geforderten Eigenschaften. „Wenn man mit nicht synchronen, gepulsten Prozessen arbeitet, wirken die Lichtbögen zufällig zusammen. Dann wären Mängel an der äußeren Geometrie ebenso festzustellen wie am inneren Aufbau der Naht“, erklärt Herrmann. „Im Makroschliff könnte man das erkennen: Die schlechten Einbrandprofile führen zu deutlichen Poren und sind klassische Schweißfehler.“ Während die Äußerlichkeiten „nur“ Schönheitsfehler sind, kann die mangelnde innere Qualität bei Verbindungen, die eine zerstörungsfreie Prüfung erfordern, zu Komplikationen führen und Nacharbeit erfordern. Hinzu kommt, dass die hohen Stromstärken der Lichtbögen Magnetfelder verursachen, die zu Störungen führen können. Denn bei zwei Lichtbögen beeinflussen sich deren Magnetfelder sowie die Felder der im Bauteil abfließenden Ströme gegenseitig. Die Lichtbögen beginnen zu flackern, brechen schlimmstenfalls zusammen. Durch Synchronbetrieb können die Magnetfelder im Zaum gehalten werden und eine gegenseitige Störung der Prozesse kann ausgeschlossen werden. Bei Aluminium kommt die Besonderheit hinzu, dass der Werkstoff mit Wechselstrom geschweißt werden muss: In dieser Betriebsart ist der synchrone Prozess von großer Bedeutung. Denn arbeiten die Anlagen nicht synchron, dann hat der Stromverlauf unterschiedliche Stromnulldurchgänge und Strommaxima. Das aber bedeutet, dass der Schweißstrom durch den Lichtbogen von einer zur anderen Anlage fließt, ohne das Material zu erwärmen. Nur wenn die Anlagen synchron arbeiten, steht die volle Leistung jedes Lichtbogens am Werkstück zur Verfügung. Werden zum Schweißen von dicken Aluminiumbauteilen mindestens zwei Brenner eingesetzt, lassen sich die Halbwellen aufeinander abstimmen. Dann können beim Synchronschweißen beide Brenner gleichzeitig die Oxidschicht zerstören beziehungsweise Wärme in das Bauteil einbringen. Anders als beim Synchronschwimmen ist hier aber keine Gleichzeitigkeit gegeben. Synchron schweißen heißt stattdessen, die Vorgänge laufen in einer zeitlich abgestimmten Folge ab. Die exakte Kopplung zweier schweißtechnischer Ausrüstungen wird über die digitale Signalverarbeitung der Stromquellen sichergestellt. Das stellt hohe Anforderungen an die Informationstechnik und damit die Entwicklung der Schweißanlagen. Dazu kommt, dass Wechselstrom ein potenzieller Störsender ist, so dass sich zwei digitale Stromquellen bei ihrer Kopplung gegenseitig beeinflussen. „Hier ist der Hersteller aufgerufen, für eine sichere Funktion zu sorgen“, sagt Jörg Herrmann. Maschinen, die diese Voraussetzungen erfüllen und sich zum Synchronschweißen eignen, sind beispielsweise die Maschinen der V-Serie von Lorch in Auenwald. Moderne Stromquellen ermöglichen es, das Verhältnis der beiden Halbwellen in jedem Gerät auszubalancieren und damit das Verhältnis der beiden positiven und der beiden negativen Halbwellen aufeinander abzustimmen. Damit lässt sich die thermische Belastung des Brenners sehr deutlich reduzieren. Mit den ältesten AC-Stromquellen, bekannt als „Schweißtrafos“, ging das nicht. Auch mit diesen Trafos wurde schon WIG-geschweißt, sie ließen sich sogar leicht synchronisieren, weil sie am gleichen Netz betrieben wurden – und damit ohnehin die gleiche Frequenz hatten. Bei der Zuordnung der Phasenlage waren sie nicht flexibel; es konnte nur mit Sinus-Wechselstrom von 50 Hertz gearbeitet werden. Heutige Geräte arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen und mit Sinus- ebenso wie mit rechteckigen Wechselstromkurven. Das Synchronschweißen ist dabei gar nicht teuer: Nur zwei geeignete Stromquellen und ein Verbindungskabel. Und: Ist der Auftrag abgearbeitet, lassen sich die Maschinen auch einzeln betreiben.
|
||||||||||||||
