Plasma-Schweißen und Plasma-Löten

Dr.-Ing. E. Schubert; A. Binzel Schweisstechnik, Gießen

Fügeverfahren im Wettbewerb

Forderungen der Anwender

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Anwendungsbeispiele

Zusammenfassung

Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren

MIG WIG

Plasma

3300°C6000-10000°C

2400°C

12000-14000°C

8000°C

25000-50000°C10000-12000°C

Fügeverfahren im Wettbewerb

Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren

Eingesetzte Energiequelle zum Schweißen

Gasschmelzschweißen

Lichtbogenhandschweißen

MIG/ WIG - Schweißen

Laser-/ Elektronenstrahlschweißen

10 10 10 10 10 10 [W/cm ] 101 2 3 4 6 7 2 9105

Energiedichte

Plasmaschweißen

Potential hoherLeistungsbereiche

Fügeverfahren im Wettbewerb

Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren

Im Dünnblechbereich kann das Plasmaschweißen die Lücke in den erreichbaren Schweißgeschwindigkeiten zwischen Lasern und den konventionellen Schweiß-verfahren MIG/MAG und WIG schließen.

Schw

eißg

esch

win

digk

eit

m/m

in

Anmerkung: HLDL = Diodenlaser)

0

2

4

6

8

10

12

HLDL Plasma MIG/MAG WIG

aust. StähleBaustahlAluminium

Laser (CO2, YAG)

Fügeverfahren im Wettbewerb

Parameter:Stumpfstoß, 1 mmLaser: 2,5 kWkonv. Schweißverfahren:gängige Arbeitsparameter

Erreichbare Schweißgeschwindigkeiten für verschiedene Werkstoffe

Schlussfolgerung:

Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren

Im Dünnblechbereich gewährleistet Plasmaschweißen einen niedrigeren Wärmeeintrag und Verzug als die konventionellen Schweißverfahren MIG/MAG und WIG

Parameter: Stumpfstoß, 1 mmLaser: 2,5 kWkonv. Schweißverfahren:gängige Arbeitsparameter

0

0,5

1

1,5

2

2,5

HLDL Plasma MIG/MAG WIG

aust. StähleBaustahlAluminium

Laser (CO2, YAG)

Stre

cken

ener

gie

kJ/c

m

Anmerkung: HLDL = Diodenlaser)

Fügeverfahren im Wettbewerb

Notwendige Streckenenergien für verschiedene Werkstoffe

Schlussfolgerung:

Plasmaschweißen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

HLDL Plasma WIG MIG/MAG

zulä

ssig

e T

oler

anz

in m

m

Positionstoleranz der Schweißenergiequelle Spaltmaßtoleranz

Laser (CO2, YAG)

Zulässige Positionierungstoleranzen und Spaltmaße (Schätzwerte)

Schlussfolgerung:Im Dünnblechbereich sind beim Plasmaschweißen gegenüber Lasern deutlich größere Spaltmaße und Positionierungstoleranzen möglich.Plasmaschweißen erfordert deutlich geringere Investitionsaufwendungen als Laserschweißen.� Kosteneinsparpotential

Anmerkung: HLDL = Diodenlaser)

Fügeverfahren im Wettbewerb

Verfahrensvarianten: Schweißen, Löten, Beschichten,

Plattieren, Wärmebehandeln

Nahteigenschaften: Spritzerfrei, porenfrei, glatt

Prozeßeigenschaften: Hohe Geschwindigkeiten, gute Zugänglichkeit,

geringe Streckenenergie, gute Gasabdeckung

Kosten: Möglichst geringe Invest- und Betriebskosten

(im Vergleich zum Laserprozeß)

Forderungen der Anwender

Stichlochtechnik

� Schweißen mittlerer Blechdicken 2-12 mmWurzellagenschweißungen

� Schienenfahrzeuge, Behälter, Rohre

� Nichtrostende Stähle, Titan und Aluminium

� Hohe Schweißgeschwindigkeit bis 90cm/min

� Fugenbreite � 0,1 x Blechdicke

� Schweißstrom: 60-300 A

Verfahrensvarianten

Plasmalöten

Kennwerte:� Plasmastrom 45-80 A� Spannung 20-22 V Abstand 6-8 mm� Drahtgeschw. bis 2m/min bei � 1,2 mm� Blechdicke 0,8-2 mm

-+

PlasmagasSchutzgas

Lot

LötrichtungVerfahrensvorteile gegenüber MSG- Schweißen/MIG-Löten:� Hohe Wirtschaftlichkeit Vs bis 1,5 m/min� Kein Verzug� Trennung von Energie- und Werkstoffeinbringung� Keine Spritzer� Kaum Abdampfung der Zinkschicht/kaum Rauch � Schmale Nähte� Wenig Nacharbeit

Verfahrensvarianten

Plasma-Pulver-Auftrags-Schweißen (PTA, PPA)

Kühlung

Schutzgas

Plasmagas

Pulver und Fördergas

Schweißrichtung

Auftragschicht

Grundwerkstoff

Stromkontakt

Wolframelektrode

Kennwerte:

� Plasmastrom 2-250 A

� Plasmaspannung 10-38 V

� Pilotstrom 4-80 A

� Pulverfraktion - 250 + 80µm

� Abstand Brenner / Werkstück3-35 mmMerkmale:

� Hohe Prozeßstabilität / Gute Steuer- und Regelbarkeit� Nahezu beliebige Zusatzlegierungen� Aufmischung einlagig � 5%� Schweißgeschwindigkeit bis 12 cm/min� Abschmelzleistung 1-8 kg/h

Verfahrensvarianten

Plasma-Pulver-Verbindungs-Schweißen

Pu lver undFördergas

Wolfram-e lek tr ode

H F-Zün dun g

Sch we ißenerg ie- que l le

Flexibel durch koaxiale PulverzufuhrThermische EntkopplungSpaltüberbrückungNiedrige WärmeeinbringungProzeßsicherheit / RobotereinsatzPlasmastrom 40-200 ABrennerabstand 6-12 mmSchweißgeschwind. bis 1,2 m/minBlechdicke: 1- 8 mm

Verfahrensvarianten

Brennertechnologie

Leistung: 30-100 A, AC/DC, Pluspol

100-300 A, AC/DC, Pluspol

Merkmale: kleine Baugröße, langlebige Verschleißteile (effektive

Kühlung), einfacher Verschleißteilwechsel und WE-Einstellung

Brennerwechselsystem, Kaltdrahtzuführung

Stromquellen

Leistung: Bis 500 A, AC, DC mit WIG Charakteristik

Merkmale: Invertertechnik, frei programmierbar, Gasesteuerung

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Brennertechnologie

Pulverdüse / powder nozzle

ABIPLAS® WELD 100 W POWDER

oberer Kühlkreislauf /upper cooling circuit

Spannkappe / torch cap

Plasmadüse / plasma nozzle

Kühlkörper / cooling body

unterer Kühlkreislauf /lower cooling circuit

keramische Schutzgasdüse /ceramic shielding-gas nozzle

Wolframelektrode / tungsten electrode

Plasmagas / plasma gas

keramische Schutzgasdüse / ceramic shielding-gas nozzle

oberer Kühlkreislauf /upper cooling circuit

Spannkappe / torch cap

Plasmadüse / plasma nozzle

Kühlkörper / cooling body

unterer Kühlkreislauf /lower cooling circuit

Gasdiffusor / gas diffuser

Wolframelektrode / tungsten electrode

Schutzgas / shielding gas

Plasmagas / plasma gas

ABIPLAS® WELD 100 W

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Brennertechnologie

• Extrem kleine Bauform vermeidet Zugänglichkeitsprobleme

• Optimale Brennerkühlung –hohe Standzeit der Verschleißteile

• Wenige Verschleißteile und nur ein Universalwerkzeug zum Einstellen derW-Elektrode und zum Verschleiß-teilwechsel vereinfachen die Handhabung

• Durch stabilen, weichen Lichtbogenspritzerfreies Fügen und Beschichten ohneNacharbeit sowie keine HF-Zündprobleme

• Sehr gute Gasabdeckung dank spezieller Gaslinseerlaubt die Verarbeitung sensitiver Werkstoffe

ABIPLAS® WELD 100 W

ABIPLAS® WELD 100 W POWDER

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Brennertechnologie

Plasma-Schweißbrenner „ABIPLAS® WELD“ (flüssiggekühlt)Typ max. Belastung (A) ED (%)

DC - DC+ AC ABIPLAS® WELD 100 W 100 30 50 100ABIPLAS® WELD 150 W 150-170 50 85 100

Plasma-Schweißbrenner „ABIPLAS® WELD POWDER “ (flüssiggekühlt)Typ max. Belastung (A) ED (%)

DC - DC+ AC ABIPLAS® WELD 100 POWDER W 100 -- 50 100

Alle Brenner auch als Maschinenbrenner verfügbar (70° und 180 °)

Technische Daten nach EN 60 974-7Technische Daten nach DIN/EN 60974-7Technische Daten nach EN 60 974-7

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Brennertechnologie

ABIPLAS® WELD 100 W MT

Ø16,5

Ø 25

Ø 2012,

2

59,8

4

20,5 Ø 2032

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Brennertechnologie

Drahtförderkomponenten für PLASMA-Anwendungen

Anforderungen an Brenner und Stromquelle

Verkehrstechnik: Auto, Schiene, Luft- u. Raumfahrt

(Dickenbereich 0,6 bis 8 mm einlagig)

Achsen, Wellen, Srukturbauteile wie Dach-/Seiten-

wandverbindungen, Säulen, Anbauteile aus Stahl

(verzinkt, unverzinkt), Al-, Ti- und Mg-Legierungen

Schaltschrankbau: Vor allem Ecknähte an Stählen, Cu-Legierungen

Beschichtungstechnik: Plasma-Pulver-Auftragsschweißen (Ni, Co, Fe-

Basis) zum Verschleiß- u. Korrosionsschutz auf

Stahlbauteilen, Werkzeugen, Ventilen, etc.

Diverse Industriezweige: Weiße Ware, Rohre, Ventile, u.v.m.

Anwendungsbeispiele

Diverse Industriezweige: Feuerlöscher

Schweißparameter:

Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 165 A

Schweißgeschwindigkeit: 1,6 m/min

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H2 94/6

Schweißaufgabe:

St 37-2,

Wandstärke 1,25 und 1,5 mm

Druckdicht verschweißen bis 70 bar

Anwendungsbeispiele

Diverse Industriezweige: Ventilgehäuse

Schweißparameter:

Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 135 A

Schweißgeschwindigkeit: 0,4 m/min

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H2 94/6

Schweißaufgabe:

Edelstahl, rostfrei 1.4301

Wandstärke 5 und 6 mm

Alternative zu WIG und Laser

Anwendungsbeispiele

Beschichtungstechnik: Tagebau-Bagger

Anwendungsbeispiele

Schaltschrankbau: Ecknähte

Schweißparameter:

Brenner: APW POWDER WELD 100 W

von 60 A bis 105 A; 10 g/min Pulver

Schweißgeschw.: 0,7 - 1,2 m/min

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H2 94/6

Schweißaufgabe:

Baustahl St 37

Wandstärke 1,5 mm

Ecknaht, Spalt 0,5 mm

Anwendungsbeispiele

Verkehrstechnik: Abgas-Strang

Schweißparameter:

Brenner: ABIPLAS WELD 100 W bei 35 A

Schweißgeschwindigkeit: 7 m/min

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/H2 94/6

Schweißaufgabe:

Edelstahl, rostfrei 1.4301; S = 0,2 mm

Alternative zu WIG und Laser

Anwendungsbeispiele

Verkehrstechnik: Plasmalöten beim BMW 3er Cabrio

Schweißaufgabe:

Karosserieblech DC 05

Blechdicke 1 mm

mit 7,5 µm Zink

Überlappstoß

Alternative zum Laser

Schweißparameter:

Brenner: APW 100 W bei 65 A

Schweißgeschw.: 0,8 m/min

SZW CuSi3

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar

Anwendungsbeispiele

Verkehrstechnik: Plasmaschweißen

Roboter-Plasma-Schweißen mit Kaltdrahtzufuhr

Brenner: ABIPLAS WELD 150 W

Drahtförderung: Master Feeder System

Anwendungsbeispiele

Verkehrstechnik: Plasmaschweißen

Schweißaufgabe:

Al-Profil (AlMgSi) an Al-Blech (AlMg)

SZW: AlSi12

Wandstärke 2 an 1 mm

Alternative zu Laserschweißen

Schweißparameter:

Brenner: ABIPLAS WELD 150 W bei 95 A AC

Schweißgeschwindigkeit: 0,6 m/min

Plasmagas: Ar; Schutzgas: Ar/He 70/30

Anwendungsbeispiele

Plasmaschweißen als Alternative zu anderen Fügeverfahren

• Neue Entwicklungen in der Gerätetechnik (Stromquelle, Brenner und

Drahtzuführung) ermöglichen den wirtschaftlichen Einsatz der

Plasmaverfahren

• Anwendungen für Plasmaschweißen, Plasmalöten, Plasmapulver-

schweißen und Plasmapulverbeschichten sind in der Erprobung oder

bereits in der industriellen Anwendung

• Die Plasmaverfahren stellen eine wirtschaftliche Alternative zu

Laserverfahren im automatisierten Einsatz dar

• Manuelle Plasma-Anwendungen sind aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit

und einfachen Handhabung den MIG und WIG-Verfahren häufig überlegen

Zusammenfassung