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WechselstromWechselstrom--MIGMIG--SchweißenSchweißen

MIG-Wechselstromschweißen -eine neue Verfahrensvariante

zum Verbindendünnwandiger Bauteile

A. Lang

Produktionstechnik BMW AG Dingolfing

A. Lang 2

• DC-MIG-Impulslichtbogen (Standard-Lichtbogen)• AC-MIG-Lichtbogen• Vorgänge im Lichtbogen (Vergleich von DC- und

AC-MIG-Lichtbogen)• Lichtbogeneigenschaften bei dünnen Al-Blechen• Ergebnisse mit AC-Lichtbogen• Fertigungssicherheit mit dem AC-Lichtbogen• Weitere mögliche Anwendungen• Fazit und Ausblick

InhaltInhalt


A. Lang 3

AluminiumAluminium--LeichtbauLeichtbau

Z8

Hinterachsträger

Vorderachsträger


A. Lang 4

Probleme mit dünnen WandstärkenProbleme mit dünnen WandstärkenDCDC--ImpulslichtbogenImpulslichtbogenSchweißqualitätSchweißqualität• Durchbrenner oder geringe Lichtbogenleistung• geringe Schweißgeschwindigkeiten• Gefahr durch Heiß- und AnschmelzrisseLichtbogenLichtbogen• geringe Lichtbogenstabilität• träge Lichtbogenlängenregelung • lange Grundstromphasen mit hoher Wärme-

einbringung• hohe Belastung für den Schweißer


A. Lang 5

Qualitätsprobleme beim MIGQualitätsprobleme beim MIG--SchweisSchweis--sensen von dünnwandigen Bauteilenvon dünnwandigen Bauteilen

Überlappnaht mit Durchbrand am Unterblech

Kehlnaht mit Durchbrand am Unterblech und Einzug am Oberblech


A. Lang 6

Stromverlauf beim DCStromverlauf beim DC-- und ACund AC--MIGMIG--LichtbogenLichtbogen

Schweißstrom

Zeit

Schweißstrom

Zeit

AC-MIG-ImpulslichtbogenDC-MIG-Impulslichtbogen


A. Lang 7

+-

Vorgänge im ACVorgänge im AC--MIGMIG--LichtbogenLichtbogen

Schweißstrom

Zeit

Plusgepolter MIG-Lichtbogen Stromverlauf


A. Lang 8

Vorgänge im ACVorgänge im AC--MIGMIG--LichtbogenLichtbogen

Schweißstrom

Zeit

Minusgepolter MIG-Lichtbogen

-+

Stromverlauf


A. Lang 9

Parameter im ACParameter im AC--MIGMIG--LichtbogenLichtbogen

Schweißstrom

Zeit

tpUp/Ip

tg -

Ig +Ig -


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Vorgänge im DCVorgänge im DC--LichtbogenLichtbogen

Grundstromphase Impulsphase


A. Lang 11

Vorgänge im ACVorgänge im AC--LichtbogenLichtbogen

Grundstromphase

Negativpolung

Grundstromphase

Pluspolung

Impulsphase

Tropfenablösung


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HGHG--Aufnahme des ACAufnahme des AC--MIGMIG--LichtbogensLichtbogens

MIG-Lichtbogen AC-MIG-Lichtbogen


A. Lang 13

Schweißergebnisse beim ACSchweißergebnisse beim AC--MIGMIG--Schweißen (Kehlnaht)Schweißen (Kehlnaht)

t = 1,8/1,2 mm; vw = 80 cm/ min

a-Maß = 2,1 mm; Spalt = 0 mm

t = 1,2/1,2 mm; vw = 80 cm/min

a-Maß = 2,4 mm; Spalt = 1 mm


A. Lang 14

Schweißergebnisse beim ACSchweißergebnisse beim AC--MIGMIG--Schweißen (Überlappnaht)Schweißen (Überlappnaht)

t = 1,2 mm; vw = 80 cm/min

Spalt = 0 mm

t = 1,2 mm; vw = 80 cm/min

Spalt = 1,2 mm


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ProzeßstabilitätProzeßstabilität und Schweißund Schweiß--geschwindigkeitgeschwindigkeit

Einbrandtiefe

01234

0 50 100 150

Schweißgeschwindigkeit in cm/minE

inb

ran

dtt

iefe

in

m

m

Einbrandtiefe DC Einbrandtiefe AC

Frequenz und Grundstrom

0,0020,0040,0060,0080,00

100,00120,00

0 50 100 150

Frequenz

Gru

ndss

trom

zeit

in m

s

tg in ms

DC AC


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Bewertung der LichtbogenartenBewertung der Lichtbogenarten DC-Impuls AC-Impuls DC0-Impuls

Nahtvolumen 100% 200% 160% Schweißge-schwindigkeit

40 cm/min 120 cm/min 80 cm/min

Einbrandtiefe 30... 50 % 30... 50 % 30... 50 % Einstellpraxis LB-Arbeitspunkt

5 Parameter 7 Parameter 6 Parameter

Wärmeein-bringung

hoch gering, dosierbar

mittel, dosierbar

Lichtbogen-stabilität

schlecht gut sehr gut

Schweiß-positionen

PA, PB, PC, PG 45

PA, PB, PC, PF 45, PG 45

PA, PB, PC, PF 45, PG 45

L


A. Lang 17

VorVor-- u. Nachteile des ACu. Nachteile des AC--LichtbogensLichtbogensVorteile:Vorteile:• positiver Einfluss auf Lichtbogendruck und

Einbrandverhalten• verbesserte Tropfenablösung• gesteigerte Abschmelzleistung und Schweißge-

schwindigkeit• reduzierte Schweißbadtemperatur• reduzierte Einbrandtiefe bei höherer AbschmelzleistungNachteileNachteile:• höherer Anlagenaufwand• Nulldurchgang des Schweißstromes


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Schweißparameter und EinstellpraxisSchweißparameter und Einstellpraxis

ImpulsparameterImpulsparameter• Impulsspannung bzw. Impulsstrom• Impulszeit• Impulsform bzw. -flankenLeistungsparameterLeistungsparameter• Frequenz• Drahtgeschwindigkeit• positiver Grundstrom• negativer Grundstrom• Balance bzw. Negativzeit des Grundstromes


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Fertigungssicherheit der LichtFertigungssicherheit der Licht--bogenartenbogenarten

Abweichung

Schw

eißs

palt Toleranzüberdeckung

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 0,5 1 1,5Schweißspalt in mm

Abw

eich

ung

in m

m

DC-MIG AC-MIG DC0-MIG

t = 0, 8 mm


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Eigenschaftsprofile für dünne WandEigenschaftsprofile für dünne Wand--stärkenstärken

Eigenschaftsprofil

0

20

40

60

80

100Schweißgeschwindigkeit

Toleranzüberdeckung

Invest

Nahtvorbereitung

Positionen

Zugänglichkeit

Impuls-LB Wechselstrom-LB Laser


A. Lang 21

Mögliche Anwendungen für den Mögliche Anwendungen für den ACAC--MIGMIG--LichtbogenLichtbogen• Aluminiumbleche und Profile: 0,8... 2,5 mm mit SG-AlSi5 aa• Mg-haltige Al-Drahtelektroden aa

• hoch- und höchstfeste Stähle ab 0,6 mm Wandstärke aa

• Einsatz zum MIG-Löten (exakte Wärmeeinbringung!) ((aa))• Einsatz bei temperaturkritischen Werkstoffen, z. B.

Magnesium ----• Einsatz bei beschichteten Materialien, z. B. bei verzinkten

Blechen aa

• Einsatz für Gussarten mit höherem Gasgehalt ((aa))


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Schweißergebnisse an hochfesten Schweißergebnisse an hochfesten StählenStählen

• Wandstärke: 0,8 mm

• Werkstoff: H400• Drahtelektrode: 1.4370, Φ = 1,2 mm

• VD [m/min]: 5,5

• VW [m/min]: 0,8

Standard-MIGp AC-MIGp mit 13 % Minusanteil

AC-MIGp mit 25 % Minusanteil


A. Lang 23

Schweißergebnisse an AlSchweißergebnisse an Al--WerkstoffenWerkstoffen

AC-MIG, s = 3 mm AC-MIG, s = 1,2 mm

• Wandstärke: 3,0 mm 1,2

• Werkstoff: AlMg3,5Mn AlMg3,5Mn• Drahtelektrode: SG-AlMg4,5Mn, Φ = 1,2 mm SG-AlMg4,5Mn, Φ = 1,2 mm

• Drahtgeschw.: 5,1 m/min 3,0 m/min

• Schweißgeschw.: 0,9 m/min 2,0 m/min


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Fazit und AusblickFazit und AusblickDer ACDer AC--Lichtbogen:Lichtbogen:• bietet eine wesentliche Erweiterung des Lichtbogen-

bereiches bei dünnen Wandstärken• lässt für höhere Lichtbogenleistung eine definierte

Einbrandtiefe bei dünnen Wandstärken zu• bietet einen stabileren Leistungsbereich des Lichtbogens

bei dünneren Wandstärken • ist ein Verfahren mit deutlich reduzierter Wärmeein-

bringung gegenüber dem Standard-MIG-Lichtbogen• führt zu einer wirtschaftlichen Verarbeitung dünner

Wandstärken bei hoher Fertigungssicherheit

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