Das DVS-Merkblatt 0924 „Gütesicherung beim vollmechanischen bzw. automatischen MIG-/MAG-Schweißen – Anforderungen an MIG-/MAG-Schweißgeräte“ thematisiert die gütesichernde Auslegung und die sachgerechte Verwendung von MIG-/MAG-Schweißgeräten in vollmechanischen und automatisierten Schweißprozessen. Die Publikation bündelt die wesentlichen technischen und organisatorischen Anforderungen an Schweißstromquellen sowie zugehörige Systemkomponenten, wie sie typischerweise in mechanisierten oder automatisch arbeitenden Schweißanlagen eingesetzt werden.
Das Merkblatt liefert dem Schweißaufsichtspersonal also eine praxisnahe Orientierung, welche Eigenschaften und Funktionen MIG-/MAG-Schweißgeräte im vollmechanischen bzw. automatischen Einsatz aufweisen müssen, um eine verlässliche Gütesicherung zu ermöglichen. Gleichzeitig lassen sich die beschriebenen Grundsätze und Empfehlungen sinngemäß auch auf teilmechanisch eingesetzte Schweißgeräte übertragen, insbesondere dort, wo erhöhte Anforderungen an Reproduzierbarkeit, Prozessüberwachung und Dokumentation bestehen.
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen Auszug. Den vollständigen Beitrag finden Sie im Produkt „Die Schweißaufsicht im Betrieb“.
Inhaltsverzeichnis
Anwendungsbereich und Begründung der Anforderungen
Das Merkblatt gilt nur für MIG-/MAG-Schweißgeräte, die in vollmechanischen oder automatisierten Schweißanlagen verwendet werden. Die beschriebenen Anforderungen und Empfehlungen lassen sich jedoch sinngemäß auch auf teilmechanisch betriebene Schweißgeräte übertragen, insbesondere dann, wenn erhöhte Anforderungen an Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit bestehen.
Zwar unterscheidet die DIN 1910-100 „Schweißen und verwandte Prozesse – Begriffe – Teil 100: Metallschweißprozesse mit Ergänzungen zu DIN EN 14610“ zwischen teilmechanischem und vollmechanischem bzw. automatischem Schweißen formal lediglich nach der Führung des Schweißbrenners. In der betrieblichen Praxis ergeben sich jedoch deutlich weitergehende Unterschiede. Vollmechanische und automatische Schweißprozesse stellen wesentlich höhere Anforderungen an die Dauerbelastbarkeit der eingesetzten Geräte, an deren Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb sowie an die Möglichkeit, den Schweißprozess zu überwachen und abzusichern.
Insbesondere in automatisierten Fertigungslinien und Transferstraßen müssen Schweißgeräte für den durchgängigen Betrieb ausgelegt sein und eine kontinuierliche Prozessüberwachung ermöglichen. Nur so lassen sich Abweichungen von den vorgegebenen Schweißparametern frühzeitig erkennen und Qualitätsmängel rechtzeitig vermeiden. Vor diesem Hintergrund adressiert das Merkblatt gezielt diejenigen Anforderungen, die für eine wirksame Gütesicherung im vollmechanischen und automatischen MIG-/MAG-Schweißen entscheidend sind.
Geltende Begriffsdefinitionen
Schweißgeräte im Sinne dieses Merkblatts umfassen den Schweißbrenner mit den zugehörigen Versorgungsleitungen für Schutzgas, Schweißstrom und – sofern erforderlich – Kühlwasser, die Drahtführung, das Drahtfördersystem, die zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtungen sowie die Schweißstromquelle.
Nicht Gegenstand dieses Merkblatts sind periphere Einrichtungen, die für den Betrieb vollmechanischer oder automatischer Schweißanlagen erforderlich sind. Hierzu zählen insbesondere Einrichtungen zur Führung von Brenner oder Bauteil, übergeordnete Anlagensteuerungen, sicherheitstechnische Einrichtungen sowie eigenständige Systeme zur Überwachung von Schweißparametern im Rahmen der Qualitätssicherung.
Gestaltung und Betrieb von MIG-/MAG-Schweißbrennern
Die Aufgaben des Schweißbrenners bestehen darin,
- den Schweißstrom auf die Drahtelektrode zu übertragen,
- die Drahtelektrode korrekt zum Werkstück zu führen,
- Schmelztropfen an der Drahtelektrode, den Werkstoffübergang sowie das Schmelzbad durch das Schutzgas vor der Atmosphäre zu schützen.
Diese Funktionen werden insbesondere durch
- das Stromkontaktrohr und
- die Gasdüse
sichergestellt.
Schweißbrenner benötigen Kühlung
Während des Schweißvorgangs werden Stromkontaktrohr und Gasdüse stark erwärmt. Bei hohen Temperaturen verlieren die üblicherweise eingesetzten Kupferwerkstoffe an Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß am Stromkontaktrohr sowie zu verstärkter Spritzeranhaftung an der Gasdüse. Schweißbrenner müssen daher in Abhängigkeit von der zu erwartenden Belastung in ausreichendem Maße gekühlt werden.
Bedingt durch die erhöhte Einschaltdauer müssen geeignete gas- oder wassergekühlte Schweißbrenner eingesetzt werden. Dabei muss gewährleistet werden, dass kein Kühl- oder Kondenswasser in den Lichtbogen gelangt. Zudem ist der Einfluss von Schutzgas- und Lichtbogenart zu berücksichtigen. Schutzgase der Gruppen M1, M2 und M3 gemäß DIN EN ISO 14175 „Schweißzusätze – Gase und Mischgase für das Lichtbogenschweißen und verwandte Prozesse“ führen bei gleichen Drahtelektrodengeschwindigkeiten, d.h. etwa bei gleichen Stromstärken, zu einer etwas höheren thermischen Belastung der Schweißbrenner als Schutzgase der Gruppe C.
Anforderungen an das Stromkontaktrohr
Das Stromkontaktrohr muss dem Durchmesser und Werkstoff der verwendeten Drahtelektrode entsprechen. Verschlissene Stromkontaktrohre müssen rechtzeitig ausgetauscht werden, weil
- die Schweißstromübertragung gestört wird und der Lichtbogen ungleichmäßig brennt,
- die Positionierung des Drahtelektrodenendes zum Werkstück nicht mehr sichergestellt ist, was zu Fehlschweißungen führt,
- der Lichtbogen am Rand des Schutzgasstroms brennen kann, wodurch der Gasschutz unzureichend wird.
Beim Schweißen mit Robotersystemen sollte daher regelmäßig ein sogenannter Kontrollpunkt angefahren werden, um den Austritt der Drahtelektrode aus dem Stromkontaktrohr zu prüfen.
Anforderungen an den Einsatz von Gasdüsen
Die Gasdüsen sind entsprechend der erforderlichen Schutzgasmenge einzusetzen. Abhängig vom zu schweißenden Werkstoff und der Zugänglichkeit der Schweißstelle gilt es, die passende Gasdüsenform auszuwählen. Neben den üblichen konzentrischen Gasdüsen kommen auch dezentral angeordnete Düsen zum Einsatz. Bei Mehrbrenneranlagen ist sicherzustellen, dass jeder Schweißbrenner über eine eigene Schutzgasversorgung mit individueller Mengeneinstellung verfügt. Es darf nicht davon ausgegangen werden, dass sämtliche Brenner über Verteilerrohre gleichmäßig mit Schutzgas versorgt werden.
Reinigungssysteme für Gasdüsen
Bei Systemen mit Reinigungsvorrichtungen muss gewährleistet sein, dass durch die Art der Reinigung die Position des Schweißbrenners nicht verändert wird und die Gasführungskanäle durch Ausblasen oder Auftrag von Antihaftmitteln nicht verstopfen. Zur Sicherung der Schweißqualität ist es daher erforderlich, den Gasdurchfluss an der Gasdüse regelmäßig mit geeigneten Messmitteln zu kontrollieren.
Was für das Schlauchpaket gilt
Die Auswahl des Schlauchpakets erfolgt abhängig vom Drahtelektrodendurchmesser und -werkstoff. Zur Vermeidung von Drahtförderschwierigkeiten sollte es möglichst kurz gehalten werden.
Schweißbrennerhalter müssen Verstellung der Brennerposition verhindern
Schweißbrennerhalter müssen so konstruiert sein, dass eine unbeabsichtigte Verstellung der Brennerposition ausgeschlossen ist. Bei Schweißanlagen mit festen, nicht programmierbaren Bahnen sind Einstellschlitten und Winkelverstellungen zur präzisen Positionierung des Schweißbrenners am Werkstück von Vorteil. Schweißbrennerhalter für Roboteranlagen müssen über einen Kollisionsschutz verfügen, der bei einer Kollision des Brenners mit Werkstück oder Vorrichtung den Antrieb abschaltet, um Schäden an der Anlage zu verhindern.
Anforderungen an Schweißbrennerwechsel
Beim Wechsel von Schweißbrennern müssen Einrichtungen vorhanden sein, die eine reproduzierbare Positionierung des Brenners ermöglichen. Für Robotersysteme sind Richtlehren (Prüflehren) erforderlich, um die Schweißbrennerposition nach Kollisionen oder sonstigen Störungen zu überprüfen.
Drahtfördersystem: zuverlässige Drahtelektrodenzuführung
Zweck des Drahtfördersystems ist die Zuführung der Drahtelektrode zum Schweißbrenner bei einstellbarer Geschwindigkeit.
Leistung des Systems
Die Motorleistung des Drahtfördersystems muss dem Drahtelektrodendurchmesser, Werkstoff und Spulensystem angepasst sein. Die Konstanz der Drahtfördergeschwindigkeit sowie die Reproduzierbarkeit der Einstellwerte müssen sichergestellt sein.
Antriebsarten im Überblick
Grundsätzlich sind Einrollenantriebe mit zu kleinen Drahtförderrollen nicht empfehlenswert. Vorzugswürdig sind Antriebe mit Rollen größeren Durchmessers oder Mehrrollenantriebe. Linear- oder Rotationsantriebe eignen sich nicht für weiche Drahtelektroden. Hierfür sind Systeme mit Push-Pull-Förderung besonders geeignet, die die Drahtelektrode sowohl ziehen als auch schieben.
Wichtige Einstellhinweise
Maßgeblich für sämtliche Antriebe ist der axiale Durchlauf der Drahtelektrode von der Spule über die Drahteinlaufdüse und die Drahtförderrolle in die Drahtführungsspirale. Dies verhindert Beschädigungen an der Drahtelektrode, die sonst zu Förderschwierigkeiten und Kontaktproblemen führen können.
Steuerungsfunktionen für vollmechanische und automatische Schweißgeräte
Im Gegensatz zu Schweißgeräten für teilmechanische Anwendungen sind bei vollmechanischen oder automatischen Schweißgeräten zusätzliche Steuerungsfunktionen erforderlich.
Gasvorströme zur Vorbereitung des Lichtbogens
Vor dem Zünden des Lichtbogens ist das Schutzgas einzuschalten. Verbleibende Restluft im Gasschlauch, insbesondere bei Anlagen mit Reinigungs- und Ausblaseinrichtungen, kann Porosität und Zündprobleme hervorrufen.
Zündverhalten, Zündvorschub und Einschleichvorgang
Für das vollmechanische Schweißen sind erhöhte Anforderungen an die sichere Zündung des Lichtbogens zu erfüllen. Der Zündvorschub schiebt die Drahtelektrode mit verringerter Geschwindigkeit vor, bevor nach Zündung des Lichtbogens auf die normale Schweißgeschwindigkeit umgeschaltet wird. Auf diese Weise entstehen keine Schweißfehler am Nahtanfang durch verzögerte Lichtbogenzündung.
Endkraterfülleinrichtung zur Vermeidung von Endkraterrissen
Die Endkraterfülleinrichtung dient dazu, den Endkrater gezielt aufzufüllen und Endkraterrisse zu verhindern. Nach Abschalten der Schweißbrenner- oder Bauteilbewegungen wird der Lichtbogen für eine einstellbare Zeit mit reduzierter Stromstärke aufrechterhalten, sodass der Endkrater gefüllt wird.
Autor: Lic.jur./Wiss.Dok. Ernst Schneider
Ernst Schneider ist Experte für technisches Recht und Normung. Er berät technologieorientierte Unternehmen und ist Mitglied im Ausschuss Normenpraxis des DIN e.V.
Den kompletten Beitrag finden Sie in „Die Schweißaufsicht im Betrieb“.