Ein gleichbleibender Drahtdurchmesser entscheidet über die Abschmelzleistung; geordnete Spulung lässt den Draht beim Schweißprozess störungsfrei laufen.
Foto: Oerlikon

Schweißen

Unterpulverschweißen mit hochwertigem Schweißdraht

Unterpulver(UP)-Schweißen ist bei großen Blechdicken wirtschaftlich und wird wegen seiner Qualität und Effektivität geschätzt. Entscheidend für den Erfolg des Verfahrens sind die Nahtvorbereitung und die passende Draht-Pulver-Kombination.

In Beetzsee-Brielow bei Brandenburg an der Havel hat bereits kurz nach Wende in der DDR ein Ziehwerk für Schweißdraht seinen Betrieb aufgenommen. Das Drahtwerk firmiert unter ISAF und gehört zur weltweit aktiven Air Liquide Welding Group. Keine 40 Kilometer entfernt, in Wiesenburg, steht ein zweites Drahtwerk des Unternehmens. Hier werden fast ausschließlich MIG/MAG-Schweißdrähte hergestellt.

Herstellung von Schweißdraht für das Unterpulverschweißen

Für Axel Schmidbauer, Leiter beider Werke, dreht sich in Brielow alles um die Produktion von Unterpulver(UP)-Schweißdraht. „Die UP-Drähte haben Durchmesser von 1,6 bis 5 Millimeter. Im Unterschied zum MAG-Draht werden sie exklusiv für Oerlikon Schweißtechnik GmbH aus Eisenberg in der Pfalz produziert. Oerlikon spielt in der Verbindung zu uns die Hauptrolle, nicht umsonst ist das Unternehmen seit vielen Jahrzehnten einer der größten und renommiertesten UP-Spezialisten weltweit. Und nach den Spezifikationen des Marktführers fertigen wir unsere Drähte – von der Bestellung im deutschen Stahlwerk über die Laborprüfung jeder Lieferung, den Ziehprozess, die Oberflächenveredelung, dem Aufwickeln auf Korbspule, Großspule oder im Fass bis hin zur Endanalyse mit Dokumentation und Aufbewahrung der Proben selbst sehr geringer Produktionsmengen – wenn dies gewünscht wird.“

Wenn die Brielower ihre UP-Drähte an Oerlikon liefern, müssen neben der Werkstoffspezifikation drei weitere Qualitätskriterien erfüllt sein: gleichbleibender Durchmesser über die gesamte Länge für exakte Stromstärke im Schweißprozess (wesentlich für die definierte Abschmelzleistung), sauberer Draht mit akkurater Schichtauflage und eine geordnete Spulung, damit der Draht störungsfrei von der Spule oder aus dem Fass läuft.

Das Know-how zum optimalen UP-Schweißen hüten die Oerlikon-Experten in Eisenberg. Dort steht zunächst das Schweißpulver im Mittelpunkt. Dies hat beim mechanisierten UP-Schweißen ähnliche Aufgaben wie die Umhüllung einer Stabelektrode beim E-Hand-Schweißen: Erleichtern des Zündens und Verbessern sowie Stabilisieren der Leitfähigkeit des Lichtbogens. Insbesondere schützt das während des Schweißprozesses geschmolzene Pulver die ins Schmelzbad übergehenden Tropfen der abschmelzenden Drahtelektrode. Die Schlacke formt die Naht, indem sie die Abkühlgeschwindigkeit bis zum Erstarren des Bads kontrolliert verlangsamt. In der gasgefüllten Lichtbogenkaverne unter der Schlacke und dem Pulver beeinflusst letzteres gezielt die Metallurgie des Schweißgutes.

Beratung und Planung sind das A und O

Bevor ein Anwender seine Bauteile mit hochwertigen Schweißnähten produzieren kann, bedarf es einer ausgeklügelten Vorarbeit und tiefgehender Beratung. Für die Eisenberger Mineralogen Dr. Nina Cornelius und Stephan Starck steht fest, dass zum Beispiel jede Anwendung dickwandiger (3 bis 300 mm) unlegierter und legierter Stähle ihre eigene Beratungs- und Planungsgeschichte hat: im Pipeline-, Brücken-, Behälter-, Schiff- sowie Hoch- und Tiefbau, in der Offshore-Technik wie in der Petrochemie, der Wasser-, Wind-, und Wärmeenergie wie auch in der ÖL- und Gasexploration. Nina Cornelius fasst den Beratungsumfang zusammen: „Der Kunde nennt uns seinen Grundwerkstoff, dessen Dimension und die angestrebte Anwendung. Wir erarbeiten das passende umfangreiche Rezept. Es beginnt bei der Auswahl von Draht und Pulver, und es umfasst die Verarbeitungsparameter ebenso wie die benötigte Anlagentechnik, die individuell dem Kundenbedarf angepasst werden kann.“ Für Stephan Starck ist „der Draht zum Pulver wie ein Schnürsenkel zum Schuh. Diese Abstimmung entscheidet über den Grad an Produktivität, was das fertige Bauteil kosten darf und wie hoch die Kosten für den laufenden Meter Schweißnaht ausfallen.“

Eisenberg – Dorado für Schweißpulver

UP hat gegenüber MAG die höhere Abschmelzleistung, die sich zudem durch das Verwenden mehrerer Brenner in Twin- und/oder Tandem­anordnung weiter steigern lässt. Bis zu fünf Brenner lassen sich gleichzeitig betreiben. Voraussetzungen für das Anwenden des UP-Verfahrens sind eine gute Zugänglichkeit des Brenners einschließlich seiner Peripherie und die präzise Nahtvorbereitung. Die hohe Abschmelzleistung wird durch hohe Ströme erzielt . Der Lichtbogendruck ist dabei enorm, deshalb muss die Nahtvorbereitung exakt sein. Anderenfalls bläst der Lichtbogen durch den Schweißspalt. Übliche Drahtdurchmesser und korrespondierende Ströme sind bei 1,6 mm Drahtdurchmesser bis 250 Ampere, bei 5 mm bis 750 Ampere (im Eindrah-Prozess). Bei Mehrdraht-Schweißprozessen betragen die Stromstärken bis zu 1500 Ampere pro Draht. Hierzu werden mehrere UP- Stromquellen parallel geschaltet.

Bis zu 30 Pulver werden in Eisenberg produziert – alle qualifiziert und zertifiziert nach TÜV, DB, Schiffsklassifizierungs-Gesellschaften (Auszug). Allein für das Fügen des unlegierten Stahls S355J2+N (nach EN 10025) kommen bis zu acht Draht-Pulver-Kombinationen in Frage. Nach den Grundanforderungen bestimmen die Eisenberger zunächst die erfahrungsgemäß beste Kombination aus ihrer umfangreichen, über Jahrzehnte gewachsenen Matrix. Die Forderungen können sein: mechanische Gütewerte, einzuhaltende Zulassungen, Tieftemperaturfestigkeit, Materialdicke, Nahtgeometrie, Zugänglichkeit. Für eine ganze Reihe von Anwendungen haben sich drei Pulver-Grundtypen bewährt:

  • Aluminat-Rutil-Pulver für eine Schlackenbildung, die sich besonders für das schnelle Schweißen eignet;

  • Fluorid-basisch: auf Zähigkeit der Schweißnaht optimiertes Pulver;

  • Aluminat-basisch: der zuverlässige Allrounder für viele Anwendungen.

Wie in Brielow der Basisdraht, wird auch in Eisenberg jeder einzelne Rohstoff zur Pulverherstellung bereits bei Anlieferung im Labor auf seine Qualität geprüft. Erfahrung hat man dort reichlich; der Beginn der Pulverproduktion begann in den1960er Jahren. Dr. Nina Cornelius gibt einen weiteren Einblick in die Funktion des Pulvers: „Es schützt den Schweißer vor den ultavioletten Strahlen des Lichtbogens, Schweißrauch ist kaum wahrnehmbar. So sind zum Beispiel gegenüber Standard-Schweißprozessen keinerlei Sichtschutz- und Absaugmaßnahmen erforderlich. Da der UP-Fügeprozess eine leichte Reaktion zwischen Schweißpulver und UP- Drahtelektrode auslöst, können Mikrolegierungskomponenten in das Schweißbad mit eingebracht werden – falls erforderlich. So lassen sich Eigenschaften des Schweißgutes gezielt steuern.“ Neben geforderten Gütewerten spiegelt sich die Qualität der Schweißnaht auch in der Nahtoberfläche wider: UP-Nähte – ob flach- oder Kehlnaht – sind glatt und nahezu schuppenfrei. Stephan Starck stellt dies so dar: „Das Pulver bestimmt die Nahtform, ob flach oder überhöht, es entscheidet über den Anfließ-Effekt an den Grundwerkstoff. Die Schlacke regelt das Abkühlen bis hin zum kontrollierten Erstarren. Die Stromstärke bestimmt wiederum den Einbrand. Rutiles Pulver bildet eine bildschöne Kehlnaht, basisches erhöht die Tieftemperaturzähigkeit.“

Schweißpulver beständig und trocken

Schweißpulver von Oerlikon lässt sich besonders oft im Kreislauf verwenden, absaugen, zurückführen und erneut verwenden. Es ist in hohem Maße resistent gegen Abnutzung und Zerbrechen. Wasserstoff im Schweißgut ist stets eine Gefahrenquelle beim Schweißen von Stählen. Wasserstoff der während des Schweißprozesses in das Schweißgut eingebracht wird kann sich nach dem Erkalten lokal sammeln. Dies führt letztlich zu Kaltrissen. In einem ausgeklügelten Produktionsprozess stellt das Unternehmen besonders trockenes Schweißpulver her. Seine besondere Rezeptur verleiht diesem Schweißzusatzwerkstoff die Eigenschaft, auch während der Lagerung und im Schweißprozess besonders trocken zu bleiben. Diese Fähigkeit sowie der niedrige, in das Schweißgut übertragene Restwasserstoff sind durch Zertifizierung belegt. (Dieter Schnee)

www.dzw-schweissdraht.de
www.oerlikon.de

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