Die Revolution des Lichtbogens.

Am Ende zählt auch beim Schweißen nur Eines: Qualität und Wirtschaftlichkeit!

Die Entwicklung der SHARC®-Lichtbogengeometrie für die Anwendung in der MIG / MAG – und WIG – Schweißung.Vor dem Hintergrund einer voranschreitenden Globalisierung, die einen steigenden Wettbewerbsdruck und immer schnellere Entwicklungen zur Folge hat, werden auch im Bereich der Fügetechnik höhere Anforderungen an Schweißgeschwindigkeit, Qualität, Produktivität und Wirtschaftlichkeit gestellt.Als Antwort auf diesen Wandel wurde das innovative Verfahren zur Lichtbogenformung SHARC® (Special Hermann ARC) entwickelt, welches gegenüber herkömmlicher Lichtbogentech nologie erhebliche Vorteile aufweist.

Das internationale Patent für diese Entwicklung wurde 2008 erteilt.

Die einzigartigen Merkmale auf einen Blick:

  • Inverte Temperaturverteilung im Lichtbogen im Vergleich zu konventioneller Technik (MIG/MAG-Standard + Impuls, WIG-, und/oder gepulster WIG-Lichtbogen
  • Inverte Temperaturverteilung im Lichtbogen im Vergleich zu konventioneller Technik (MIG/MAG-Standard + Impuls, WIG-,
    und/oder gepulster WIG-Lichtbogen
  • Lang und spitz abschmelzende Drahtelektrode
  • Die höchste Energiedichte konzentriert sich in jedem Energiebereich ohne zusätzliche Hilfsmittel auf der Elektrodenspitze. Dies gilt sowohl für den MIG/MAG- als auch für den WIG-Schweißprozess.
  • Untersuchungen an der Universität Växjö (Schweden) ergaben, dass das SHARC®-Verfahren eine plasmaähnliche Energiedichte im Lichtbogen aufweist.
  • Nahezu spritzerfreier Lichtbogen im MIG/MAG-Schweißen
  • Der Lichtbogen ist extrem stabil

SHARC®-Schweißen heißt:

Mit nur einem einzigen Lichtbogenverfahren lassen sich signifikante Vorteile im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Qualität und Sicherheit über das komplette Spektrum der nachfolgend aufgeführten Lichtbogentypen hinweg realisieren:

KLB = Kurzlichtbogen, ÜLB = Übergangslichtbogen, SLB = Sprühlichtbogen, RLB = rotierender Lichtbogen

Unterschiede zwischen Standard MIG / MAG- und SHARC®-Lichtbogen

Standard MIG / MAG – Lichtbogen SHARC®
  • Kennzeichnend für den Standard MIG / MAG-Lichtbogen ist die kurz und spitz abschmelzende Drahtelektrode.
  • Kennzeichnend für SHARC® ist seine lang und spitz abschmelzende Drahtelektrode und seine revolutionäre Temperaturstruktur für einen MIG / MAG-Lichtbogen.
  • Die Lichtbogenrandzonen sind mit einer höheren Temperatur beaufschlagt als das Zentrum.
  • Die Energie konzentriert sich auf die Elektrodenspitze und die Lichtbogen-randzonen unterliegen einer geringeren Temperaturbelastung.
Vergleich – MIG / MAG – Lichtbogen
Der Zusatzwerkstoff wird in einem für den Standard MIG/MAG-Lichtbogen charakteristischen
hellen, undurchsichtigen weißen Dreieck abgeschmolzen.
Dem gegenüber weitere hervorzuhebende Verfahrensvorteile des SHARC®-Licht-
bogens im Vergleich:

  • Direkter Materialtransport in das Lichtbogenzentrum. (Der Zusatzwerkstoff verteilt sich von innen nach außen im Schweißbad)
  • höhere Abschmelzleistung bei vergleichbarer Spannung
  • Verringerte Streckenenergie bei gleicher Abschmelzleistung
  • Höhere Schweißgeschwindigkeit und verringerte Streckenenergie durch höhere Energiedichte im Lichtbogen (Ergebnisse aus der Praxis und Messungen von Kunden bestätigen, die Tendenz ist eine um ca. 15 – 20 % verringerten T8/5 Abkühlzeit)
  • größere Einbrandtiefe auch bei niederaktiven Gasen
  • geringerer Ausbrand an Legierungsbestandteilen
  • Reduzierung der Aufhärtung in den Übergangszonen (WEZ)

Reaktionen auf Lichtbogen-Längenänderungen

Standard MIG / MAG – Lichtbogen  SHARC®
  • Der Lichtbogen reagiert auf Lichtbogenlängen-Änderungen mit Leistungsschwankungen und wird ab ca. 2 cm Lichtbogenlänge instabil.
  • Die Schweißnaht wird an den Randzonen sehr heiß benetzt – mit den Folgen von kritischen Aufhärtungen im Übergang bzw. den Randzonen des Schweißbades zum Werkstück.
  • Der SHARC®-Lichtbogen bleibt auch bei Lichtbogenlängen-Änderungen stabil (Stickout unter Gasabdeckung von bis zu 4 cm ohne Leistungsänderung möglich).
  • Das Werkstück wird an den Randzonen kälter benetzt, der Einbrand und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen sich.
Weitere Unterschiede:
  • Der Standard MIG / MAG-Lichtbogen ist undurchsichtig und macht eine Beobachtung des Wurzelbereiches während des Schweißvorganges durch den Anwender unmöglich.
  • Der SHARC®-Lichtbogen ist transparent und macht so eine Beobachtung des Wurzelbereiches während des Schweißvorganges durch den Anwender möglich.

Vergleich beim MIG / MAG-Schweißen zwischen konventionellem-, Impuls- und SHARC®-Lichtbogen –
Schweißergebnisse bei Veränderung der Schweißgeschwindigkeit. Ein Versuch:

Die Schweißspannung bleibt unverändert, Drahtvorschub bleibt unverändert, Schweißgeschwindigkeit wird verändert.

Ergebnis:

Die nachstehende Versuchsauswertung zeigt auf, dass sich der SHARC®-Lichtbogen im Hinblick auf Energiebe-
aufschlagung und Temperaturverteilung im Lichtbogenzentrum invert zum konventionellen Lichtbogen (Standard-
und Impuls-), verhält:

Standard und Impuls Im Lichtbogenzentrum geringere Energiebeaufschlagung als in den ‚heißer gehenden Randzonen‘
SHARC® Im Lichtbogenzentrum höhere Energiebeaufschlagung als in den ‚kälter gehenden Randzonen‘
Standard MIG / MAG – Lichtbogen SHARC®
Schweißergebnis bei optimal eingestellten Parametern und Schweißgeschwindigket.
Die rote Linie stellt den Wärmeverlauf des
Standard-Lichtbogens mit seinen im Vergleich
höher temperaturbeaufschlagten Lichbogen-
randzonen dar.
Schweißergebnis bei optimal eingestellten Parametern und Schweißgeschwindigket.
Die rote Linie stellt den Wärmeverlauf des
SHARC®-Lichtbogens mit seiner niedrigerentemperaturbeaufschlagung der Lichbogen-
randzonen dar.
Wird die Schweißgeschwindigkeit bei gleich bleibender Leistung erhöht, bilden sich an den
mit höherer Temperatur beaufschlagten Lichbogenrandzonen:

  • Einbrandkerben im kälteren Lichtbogenzentrum
  • baut sich die Schweißnaht auf
Wird die Schweißgeschwindigkeit bei gleich bleibender Leistung erhöht, bleiben die:

  • weichen Übergänge in den Lichbogenrandzonen erhalten
  • optimales Ausfließen der Nahtflanken
Wird die Schweißgeschwindigkeit im Vergleich zur optimalen Parametereinstellung verringert, führt dieses zu einem

  • überhängenden Schweißbad mit
  • Neigung zur Kaltstellenbildung und Bindefehlern
Wird die Schweißgeschwindigkeit bei gleich bleibender Leistung verringert, wird die Schweißnaht höher – das

  • optimale Ausfließen und die
  • weichen Übergänge der Nahtflanke bleiben erhalten

Zusammenfassung: Der Einsatz des SHARC®- Lichtbogens im Schweißprozess sorgt im Vergleich
mit bisher bekannten MIG / MAG Standard-, Impuls- und Hochleistungs-Lichtbögen für deutliche
Vorteile im Hinblick auf Anwendung und Wirtschaftlichkeit:

  • Schweißzeitreduzierung bei gleichzeitig verbesserter Nahtgüte
  • Konstante Schweißnahtgüte – auch im Falle von Lichtbogenlängen-Änderungen
  • Sehr gutes Einbrandverhalten – auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten
  • Ausgezeichnete Nahtqualität und Nahtoberfläche
  • Geringer Winkelverzug – durch reduzierte Streckenenergie. Diese wird über die hohe Energiekonzentration im Lichtbogenzentrum und eine damit bei gleicher Leistung gezielte Materialeinbringung und damit schnellere Schweißgeschwindigkeit bei gleicher Leistung erzielt (allgm. Schweißregel: Abhilfe gegen Verzug – Verfahren mit wenig Wärmeeinbringung -> größerer Energiedichte)
  • Einfache Beherrschung des Schweißbades bei allen Lichtbogentypen (Im Hochleistungslichtbogen kein Rotieren des Lichtbogens!)
  • Sehr gute Flankenerfassung
  • Hohe Abschmelzleistung

Weitere Vorteile sind mit der SHARC®-Drahtpulstechnik erzielbar …mehr »

Potentiale in der Praxis – dargestellt an einem Beispiel (MIG / MAG):

Herkömmliches Verfahren:
Felgenschweißung mit Impulslichtbogen
Aufgabenstellung war eine Rundnaht (Dichtnaht) an einer Felge (Werkstoff ST37). Das Werkstück musste nach dem Tiefziehen entfettet werden und wurde anschließend mit ca. 1 m/min geschweißt. Schweißnahtlänge 50 cm. Dies ergab einer Taktzeit pro Schweißung von 30 sec.
Problem: Fast 40% der Schweißnähte waren undicht. Erforderliches Nachschweißen des Werkstücks/der Felge und die Entfernung der dadurch verursachten Schweißspritzer erhöhten nochmals die Taktzeit.
Taktung:
Entfetten – Spannen – Schweißen // 40% der Felgen wurden nachgeschweißt
Sharc®-Lichtbogen:
Aufgabenstellung war eine Rundnaht (Dichtnaht) an einer Felge (Werkstoff ST37). Das Werkstück musste bisher nach dem Tiefziehen entfettet werden – dies entfiel mit der SHARC®-Schweißung. Die reine Schweißzeit für die Schweißnahtlänge von 50 cm verringerte sich von 30 sek. auf 9 sek.Die Probleme mit undichten Schweißnähten reduzierten sich auf 1 ‰ – nochmaliges Nachschweißen des Werkstücks (Felge) entfiel.
Taktung:
Spannen – Schweißen // Kein Nachschweißen erforderlich
Schweißparameter:
Material: ST 37 / Materialstärke: 1 mm
Schutzgas: 92 % Ar/8 % CO2
Zusatzwerkstoff: DIN EN 440 – G3Si1
(SG2) (Ø 0,8 mm)
US: 31 V/IS: 257 A/vS: 3,33 m/min
Weitere erstaunliche Praxis-Beispiele aus der MIG / MAG – Schweißung finden Sie z.B. hier …mehr »

WIG – Schweißen – Unterschiede Standard- und SHARC®-Lichtbogen:

Standard TIG / WIG – Lichtbogen SHARC® – Lichtbogen
Kennzeichnend für den Standard TIG/WIG-Lichtbogen ist seine glockenförmige Lichtbogencharakteristik.Eine Fokussierung des Lichtbogens direkt an der Wolframelek-trodenspitze ist nicht gegeben. Ein Lichtbogen mit solcher Charakteristik wird leicht durch höhere Schweißgeschwindigkeiten bzw. durch Unebenheiten, wie z. B. durch eine unformierte Wurzel, abgelenkt.Wie bei höheren Schweißgeschwindigkeiten wird die Lichtbogensäule dieses glockenförmigen, nicht zentrierten Lichtbogens auch bei geneigtem WIG-Schweißbrenner abgelenkt.
Aufgrund der nicht optimalen Lichtbogenfokussierung verbreitert sich die Wärmeeinflusszone (Folge: Verzug).
Hauptmerkmal von SHARC® ist sein extrem gebündelter Lichtbogen (Energiedichte liegt zwischen Laserstrahl und Plasmalichtbogen), dessen ausgeprägter Lichtbogenfußpunkt sich exakt an der Wolframelektrodenspitze befindet.Die Lichtbogensäule dieses einzigartigen Hochleistungs-Lichtbogens wird auch bei extrem geneigten WIG-Schweißbrenner (bis 45°) nicht abgelenkt.Auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 50 m/min ist kein signifikantes Ablenken des SHARC®-Lichtbogens feststellbar. Aus dieser Lichtbogencharakteristik folgt eine schmale Naht bei tiefem Einbrand bei gleichzeitig gutem Anfließ- und Benetzungsverhalten mit daraus resultierenden sanften, kerbfreien Nahtübergängen.Außerdem führen der geringe spezifische Wärmeeintrag zu reduziertem Verzug und zu verbesserten Gefügeeigenschaften in der WEZ.

Auswirkungen der Lichtbogencharakteristika bei hoher Schweißgeschwindigkeit:

Standard TIG / WIG – Lichtbogen SHARC® – Lichtbogen
Nur in der Längsachse der Wolframelektroden-
spitze lässt sich die Lichtbogenenergie optimal übertragen.Voraussetzung ist ein auf der Lichtbogenspitze konzentrierter Lichtbogen.Durch die glockenförmige Lichtbogen-Charakteristik ergibt sich bei höheren Schweißgeschwindigkeiten jedoch eine deutliche Ablenkung des Lichtbogens mit daraus resultierendem Energieverlust.Eine Korrektur ist nur durch magnetische Beeinflussung (Magnetspule – für automatisierten Längsschweißbetrieb) oder – eine unerwünschte – Verringerung der Schweißgeschwindigkeit möglich.
Da sich der SHARC®-Lichtbogen auf der Elektrodenspitze konzentriert, lässt sich die Lichtbogenenergie auch bei höheren Schweißgeschwindigkeiten optimal übertragen.Der Lichtbogen bleibt stabil und es erfolgt keine Lichtbogenverzerrung.

Vorteile des SHARC®-Lichtbogens im Schweißprozess (WIG)

Der Einsatz des SHARC®- Lichtbogens im WIG DC- und AC / DC – Schweißprozess sorgt
im Vergleich mit bisher bekannten WIG Standard- oder WIG Puls- Lichtbögen für deutliche
Vorteile im Hinblick auf Anwendung und Wirtschaftlichkeit.

  • Schweißzeitreduzierung bei gleichzeitiger Erhöhung der Nahtgüte
  • Ausgezeichnete Nahtqualität
  • Verbesserte Gefügeeigenschaften in der Wärmeeinflusszone (WEZ)
  • Sehr gute Flankenerfassung
  • Geringerer Verzug resultierend aus geringerem spezifischen Wärmeeintrag
  • Sicherer Schweißprozess auch bei sehr kurzer Lichtbogenlänge
  • Einfache Beherrschung des Schweißbades auch bei hohen Strömen
  • Sehr gutes Einbrandverhalten auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten
  • Konstante Schweißnahtgüte auch im Falle von Lichtbogenlängen–Änderungen
  • Senkung der Rissgefahr im Schweißgut beim Schweißen ohne Zusatz
  • Sichere Wurzelerfassung beim Durchschweißen von Aluminium (AC)
  • Verminderte Intensität der Anlauffarbe bei CrNi –Stählen mit daraus folgender Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Reduzierung des Beizaufwandes

Potentiale in der Praxis – dargestellt an einem Beispiel (WIG):

WIG (DC): Verzinktes Material
Das Schweißen von verzinkten Blechen ist immer wieder eine komplexe Aufgabenstellung. Vor allem das wirtschaftliche Verbinden langer Nähte bereitet Schwierigkeiten (Verlust des Korrosionsschutzes, teure Zusatzmaterialien).Eine echte Alternative zu herkömmlichen Verfahren bietet SHARC®:
Der konzentrierte SHARC®-Lichtbogen vermindert das aufgeschmolzene Volumen erheblich, erfasst die Wurzel vollständig und erlaubt nebenbei hohe Schweißgeschwindigkeiten. Gekoppelt mit einem robusten und großzügig dimensionierten Brenner ist auch die Standfestigkeit unter Einwirkung der Zinkdämpfe gegeben.
Schweißparameter:
Werkstoff: verzinkter Stahl / Blechdicke: 1,0 mm
Schutzgas: Ar 10 l/min
I2: 140 A / vS:1,6 m/min

Weitere erstaunliche Praxis-Beispiele aus der WIG – Schweißung finden Sie z.B. hier …mehr »

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