Suchen

MAG-Schweißen mit Impulsstromquelle erhöht die Qualität im Kranbau

| Redakteur: MM

Die großen dynamischen Belastungen von Kranen stellen hohe Anforderungen an die Schweißnähte. Dabei müssen die Problembereiche Kaltrissempfindlichkeit, Zähigkeit in der Wärmeeinflusszone und...

Firmen zum Thema

( Archiv: Vogel Business Media )

Die großen dynamischen Belastungen von Kranen stellen hohe Anforderungen an die Schweißnähte. Dabei müssen die Problembereiche Kaltrissempfindlichkeit, Zähigkeit in der Wärmeeinflusszone und Streckgrenze im Schweißgut bewältigt werden. Mit programmierbaren Impulsstromquellen werden an den Feinkornbaustählen die geforderten Qualitäten erreicht.Mehrere hundert Schiffskrane, Hafenmobilkrane, Offshorekrane für den Einsatz auf Bohrinseln, Raupenkrane und Hydro-Seilbagger entstehen jährlich im Liebherr-Werk im österreichischen Nenzing. Auf der ganzen Welt sind die in diesem Werk entwickelten und gebauten Krane im Einsatz. Die große Fertigungstiefe des Unternehmens umfasst neben dem Stahlbau, dessen Entwicklung, Konstruktion und Produktion auch Hydraulik und Steuerungen. Für den reinen Stahlbau der Krane werden vom Zuschnitt einzelner Teile bis zum Ausstoß in die Lackiererei etwa 16 Wochen benötigt. Fertig montierte Krane werden auf dem Werksgelände einem Funktions- und Belastungstest unterzogen, danach zerlegt, fertig beschichtet und zum Abtransport verladen.Das als Schweißfachbetrieb für die Herstellung von Schiffs- und Offshorekranen zertifizierte Werk verarbeitet pro Monat zirka 1000 t Stahl. Angestrebtes Ziel ist es dabei, kostengünstig, schnell und in genau der notwendigen Qualität zu fertigen, um international auch gegenüber so genannten Billiglohnländern wettbewerbsfähig zu bleiben. An den dynamisch hoch belasteten Bauteilen der Krane befinden sich sehr viele prüfpflichtige Nähte. Die Schweißergebnisse werden ausnahmslos nach EN 25817 Bewertungsgruppe B beurteilt, die durch Magnetpulver-, Röntgen- und Ultraschallprüfungen belegt sind. Die Prüfungen erfolgen produktionsbegleitend, so dass eventuelle Korrekturen oder Ausbesserungen sofort vorgenommen werden können. Außerdem wären viele der Schweißnähte nach der weiteren Verarbeitung für eine Überprüfung nicht mehr zugänglich.Höherfeste Feinkornbaustähle sorgen für bessere MobilitätDie Krane bestehen vor allem aus Feinkornbaustählen mit Wanddicken bis zu 150 mm. Beim Schweißen dieser Materialien und Dimensionen sind die programmierbaren MIG/MAG-Impulsschweißgeräte der Serie GLC 553 MC3 mit Jobspeicher der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH, Haiger, im Einsatz. In den vergangenen zwei Jahren wurden 15 Stück davon angeschafft.Mobile Anwendungen sowie immer höhere Tragfähigkeiten der Krane verlangen ein optimales Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht. Aus diesem Grund setzen die Konstrukteure bei Liebherr in zunehmendem Maße höher- und höchstfeste Feinkornbaustähle ein. Diese Stähle erreichen ihre hohe Streckgrenze nicht durch hohe Kohlenstoffgehalte, sondern durch geringere Korngrößen und gezielten Zusatz von Legierungselementen sowie entsprechende Wärmebehandlung. Sie sind deshalb zäh und gut schweißbar. Wenn es die klimatischen Bedingungen des Einsatzortes erfordern, werden Tieftemperaturstähle verwendet, die auch bei Temperaturen von -50°C ausreichende Zähigkeit erreichen. Die Schweißdrähte für diese Temperaturbereiche enthalten 2,5 bis 3% Nickel.Die Stahlbauer verschweißen Bleche aus S 960 QL1, S 890 QL1 und S 690 QL1 nach EN 10137-2 sowie Rohre aus S 690 QL1, S 770 QL1 und S 890 QL1 nach SEW 090-2. Als Zusatzwerkstoffe kommen beim MAG-Schweißen Massivdrahtelektroden mit Durchmessern von 1 und 1,2 mm zum Einsatz. Wurzellagen an Rohrrundnähten entstehen auch per WIG-Schweißung. Baugruppen aus Blechen der Stahlqualität S 690 QL1 mit Dicken von 30 bis 80 mm werden mit Fluxcord 42-Fülldrahtelektroden mit 4 mm Durchmesser unter Pulver geschweißt. Bei der Verarbeitung dieser Werkstoffe sind von den Schweißfachleuten drei Problembereiche besonders zu beachten, nämlich Kaltrissempfindlichkeit, Zähigkeit in der Wärmeeinflusszone und Streckgrenze im Schweißgut. Der Kaltrissempfindlichkeit wird durch das konsequente Einhalten der Empfehlung der SEW 088 zum Vorwärmen und der Verwendung wasserstoffarmer Schweißzusätze begegnet. Es wird darauf geachtet, dass das Verbrennungsprodukt Wasserdampf aus dem Brenngas der Anwärmbrenner keine Reaktion mit dem Schweißgut eingehen kann, das heißt, der Schweißer muss darauf achten, dass kein Wasserdampf an kalten Stellen kondensiert; Kastenkonstruktionen müssen entlüftet werden. Schweißpläne zum Vermeiden von SpannungsrissenAußerdem wird der Massivdraht als Schweißzusatzwerkstoff für die Stahlqualitäten S 890 und S 960 aus einem Trockenofen heraus verschweißt. Er bleibt keinesfalls über Nacht im Drahtkoffer. Weil die hochfesten Schweißgüter nur schwer Eigenspannungen durch Plastifizieren abbauen können, wird grundsätzlich die Wurzel mit dem weichen, aber hochzähen Massivschweißdraht G46 8 M G2 Ni2 ausgeführt. Um wasserstoffinduzierte Spannungsrisse zu vermeiden, wurden ausgeklügelte Schweiß- und Zusammenbaufolgepläne festgelegt. Bauteile mit dicken, UP-geschweißten Nahtquerschnitten an der Stahlqualität S 690 QL1 werden direkt nach dem Schweißen aus der Schweißwärme oder schon während des Schweißens wasserstoffarm geglüht. Das Glühen geschieht mittels stationärer Brenner bei etwa 250°C und dauert pro 25 mm eine Stunde. Bekanntlich haben die Streckenenergie und die chemische Zusammensetzung des Grundwerkstoffes (CET-Wert) Einfluss auf die Zähigkeit und die Härte in der Wärmeeinflusszone. Neben den Empfehlungen der Stahlhersteller beachtet die Schweißaufsicht die Angaben der DVS-Merkblätter 0916 und 0918 über die Wärmeführung zum Erzielen einer ausreichenden Zähigkeit bei zulässigen Härtewerten beim MAG- und UP-Schweißen. Ebenso wie die Zähigkeit hängt auch die Streckgrenze der hochfesten Schweißgüter von der chemischen Zusammensetzung des Schweißdrahtes und den Abkühlbedingungen ab. Durch Modifizieren oder Optimieren der chemischen Zusammensetzung und der Schweißparameter ist das Erreichen der geforderten Streckgrenzenwerte kein Problem. Zahlreiche Schweißverfahrensprüfungen, überwacht durch unabhängige Institute, belegen, dass die von Liebherr ausgearbeitete Schweißtechnik die Anforderungen der Normen deutlich übertrifft. Bei der Prüfung der Schweißverfahren wurde immer von den schlechtesten zu erwartenden Randbedingungen ausgegangen, die sich im Schweißalltag ergeben können. Aus diesem Grund liegt das Unternehmen auch dann auf der sicheren Seite, wenn einer der 60 Schweißer die Schweißvorgaben einmal nicht genau einhalten sollte. Die Mechanisierung und Automatisierung des Schweißens ist auch im Liebherr-Werk ein Thema, denn qualifizierte Schweißfachkräfte sind Mangelware auf dem Arbeitsmarkt und dies dürfte sich in absehbarer Zeit eher verschärfen. Lange, gerade Schweißnähte mit großen Querschnitten, zum Beispiel am Schieberholm für den Unterwagen von Hydro-Seilbaggern, werden mit dem MIG/MAG-Impulsschweißgerät vollmechanisiert geschweißt. Das Schweißen mit Automaten ist derzeit auf wenige Baugruppen beschränkt, die mit dem UP-Verfahren gefügt werden. Es gibt jedoch bereits werksinterne Untersuchungen, wie sich Roboterschweißanlagen in dieser Fertigung rechnen könnten, die vor allem durch Einzelstücke oder Kleinstserien geprägt ist. Das Impulsschweißen dient bei Liebherr hauptsächlich dem Vermeiden von Schweißspritzern und reduziert damit die Putzzeiten erheblich. Ein Übergangslichtbogen würde Probleme durch Schweißspritzer verursachen, beispielsweise wenn zwangsweise in PC-Position ein 1,2-mm-Draht mit 250 bis 280 A geschweißt werden muss. Die 550-A-Geräte der Serie MC3 von Cloos eignen sich besonders zum MAG-Hochleistungsschweißen mit sehr hohen Abschmelzleistungen. Über das Bedienfeld sind neben 70 Standardkennlinien für unterschiedliche Material-Gas-Kombinationen zahlreiche Betriebsarten und Parametersätze abrufbar. Weitere Kennlinien kann der Anwender bei Bedarf unkompliziert am PC erstellen. Außer im MIG-/MAG-Verfahren lässt sich das Gerät auch zum Lichtbogenhandschweißen und zum WIG-Schweißen mit Kontaktzündung einsetzen. Es ist für die manuelle, mechanisierte und Roboterschweißung von dickwandigen Stählen ebenso geeignet wie für Dünnbleche, Edelstähle und Aluminium. Das luftgekühlte Transistorleistungsteil arbeitet mit hoher Pulsleistung und ist zwischen 40 und 550 A regelbar. Zusammen mit dem tachogeregelten Drahtantrieb sorgt dies für eine hohe Lichtbogenqualität. Der Anwender kann an einem einzigen Knopf seinen Lichtbogen für die unterschiedlichsten Kombinationen aus Material, Drahtdurchmesser und Schutzgas einstellen. Die Stromquelle berechnet dann aus Schweißstrom, Drahtgeschwindigkeit oder Dicke des zu fügenden Bleches automatisch die Parameter für den optimalen Schweißprozess.Sehr wichtig bei der Evaluation der Schweißgeräte war für Liebherr die Möglichkeit, viele Jobs, das heißt Speicherplätze zum Festhalten immer wieder benötigter Arbeitsprogramme, zur Verfügung zu haben. Mit den bei diesem Gerät abspeicherbaren 50 Jobs kann der Schweißer für seine unterschiedlichen Aufgaben das richtige Programm jeweils über eine Fernbedienung abrufen und muss während des Schweißens keine Parametereinstellungen vornehmen. Innerhalb der gewählten Jobs kann der Schweißer außerdem im so genannten Programmbetrieb über die Brennertaste bis zu fünf programmierte Leistungswerte wie Rampen, Start- oder Endkraterprogramme aktivieren. Dies ist zum Beispiel dann wichtig, wenn er von einer horizontalen Naht in eine vertikale wechselt. Aber auch wenn sich ein Wurzelspalt im Verlauf der Schweißnaht ändert, für dessen Überbrückung eine angepasste Leistung erforderlich ist, oder um über Endkrater-Füllparameter die sonst entstehenden Endkraterrisse zu vermeiden. Da Liebherr ein selbst gemischtes Schutzgas verwendet, welches von der handelsüblichen Zusammensetzung abweicht, wurde sofort bei der Neuinstallation der Geräte die Möglichkeit genutzt, über einen PC die werkseitig programmierten Kennlinien verändern zu können. Das Schutzgas aus Sauerstoff und Argon, eine etwas modifizierte Variante des Mischgases M21, wird über eine Ringleitung an die einzelnen Arbeitsplätze verteilt. Gasdüse bleibt lange frei von SchweißspritzernDie 550-A-Version des Schweißgerätes wurde gewählt, weil an einigen Bauteilen aus S 355 mit dem MAG-Verfahren an V-Nähten 1,6-mm-Drähte mechanisiert zu verschweißen sind. In diesen Fällen kommen die Brenner des Typs MHW 522 zum Einsatz. Durch eine spezielle Wasserkühlung bleibt die Gasdüse dieser Brenner sehr lange frei von Schweißspritzern, und der Schweißprozess muss nur selten zum Reinigen der Gasdüsen unterbrochen werden. Besonders beim Schweißen der Ausleger wird die große Bewegungsfreiheit geschätzt, die sich dadurch ergibt, dass die Drahtvorschubgeräte nicht auf dem Schweißgerät montiert, sondern mit diesem über ein 10 m langes Schlauchpaket verbunden sind. Ein Teil der Impulsschweißgeräte sind mit zwei Drahtvorschubkoffern ausgerüstet. Somit können zwei Drahtvorschubgeräte mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern an einer Stromquelle betrieben werden. Die Kennlinienumschaltung auf unterschiedliche Drahtdurchmesser oder Drahtmaterialien erfolgt automatisch. Der Schweißer braucht lediglich den zweiten Brenner zur Hand zu nehmen und mit ihm weiterzuschweißen. Die Drahtvorschubgeräte sind ihrerseits durch 4 m lange Schlauchpakete mit den Schweißbrennern verbunden.