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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



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



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)


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

Erreichbare Schweißgeschwindigkeiten für verschiedene Werkstoffe

Schlussfolgerung:


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



Notwendige Streckenenergien für verschiedene Werkstoffe

Schlussfolgerung:


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



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


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


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


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


Brennertechnologie

ABIPLAS® WELD 100 W MT

Ø16,5

Ø 25

Ø 2012,

2

59,8

4

20,5 Ø 2032


Brennertechnologie

Drahtförderkomponenten für PLASMA-Anwendungen


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:




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


Schweißaufgabe:

Baustahl St 37

Wandstärke 1,5 mm

Ecknaht, Spalt 0,5 mm

Anwendungsbeispiele

Verkehrstechnik: Abgas-Strang

Schweißparameter:


Schweißgeschwindigkeit: 7 m/min


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


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

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