Tandemschweißsystem

Lichtbögen miteinander kombinieren

Beim gleichzeitigen Schweißen mit mehreren Elektroden zeigt sich oft, dass die Identifikation der richtigen Parameter dem Anwender Probleme bereitet. Das liegt an der Komplexität der verfügbaren Schweißsysteme. Das neue Tandemverfahren von Fronius schafft hier Abhilfe. Der Schweißprozess für dicke und dünne Bleche arbeitet von Beginn an sehr kontrolliert, und herstellerseitig bereitgestellte Kennlinien für verschiedene Schweißaufgaben erleichtern die Arbeit. Damit lassen sich auch beim Schweißen dünner Bleche bessere Ergebnisse erzielen.
Rohrleitungsnaht (19 mm-Stahlblech): In drei Lagen geschweißt, die Wurzellage im reinen CMT-Tandemprozess.

Bei der Entwicklung neuer Schweißverfahren gibt die Maximierung der Wirtschaftlichkeit den Weg vor. Deshalb wurden neben Eindraht-Verfahren mit höherer Abschmelzleistung auch Systeme für das gleichzeitige Schweißen mit mehreren Elektroden entwickelt. Hier unterscheidet die Fachwelt zwischen Doppeldraht- und Tandemschweiß-Verfahren. Deren große Pluspunkte sind die höhere Abschmelzleistung und Schweißgeschwindigkeit sowie der niedrigere Wärmeeintrag. Das Schweißen mit zwei Drähten in einem gemeinsamen Schmelzbad bietet zudem den Vorteil, dass das Schmelzbad größer ist und später erstarrt. Darüber hinaus lässt sich bei Zweidraht-Verfahren durch Drehen des Schweißbrenners die Spaltüberbrückbarkeit erhöhen und ein breites Ausfließen der Decklage ohne Pendeln erreichen.

Im Unterschied zur Doppeldraht-Methode arbeitet das Tandemschweißen immer mit zwei voneinander isolierten Stromquellen und einem Brenner mit isolierter Stromführung. So lassen sich in einem System alle gängigen Lichtbogenvarianten kombinieren. Die Lichtbogenspannung kann dabei separat gemessen und als Regelgröße herangezogen werden.

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Um größtmögliche Stabilität zu erreichen, synchronisiert das Tandemschweiß-Verfahren Time Twin von Fronius die beiden Lichtbögen beim Impulsschweißen mit einem Phasenversatz von 180°. Dabei ist zwar eine Spreizung der Vorschubgeschwindigkeit möglich, aber nur in recht engen Grenzen. Dank der Phasenverschiebung bleibt das Schmelzbad ruhiger. Das heißt, es treten weniger Spritzer als beim Zweidraht- oder konventionellem Tandemschweißen auf, und die Lichtbögen sind stabiler.

Grundsätzlich ergibt sich im Tandemprozess eine geringere Wärmeeinbringung. Doch selbst der reduzierte Wärmeintrag kann bei einigen Schweißaufgaben problematisch sein. Beispiel Kehlnaht: Wird das Schmelzbad zu flüssig, sackt die Naht bei größeren Nahtquerschnitten in Schweißposition PB oder Zwangslagen ab. Überdies leidet bei diesen Schweißpositionen die Prozessstabilität. Für solche Fälle ist ein Verfahren mit stabilerem Prozess erforderlich, bei dem die Wärmeeinbringung noch geringer ist und sich präzise einstellen lässt.

Für diese Art von Anwendungen entwickelte Fronius das Schweißsystem CMT Twin. Es hat zwei digitale Stromquellen, die unabhängig voneinander arbeiten. Die Prozesse lassen sich deshalb individuell an die konkrete Anforderung anpassen. Der Drahtvorschub lässt sich frei wählen. So ist eine große Spreizung der Vorschubgeschwindigkeiten möglich. Außerdem können unterschiedliche Schweißverfahren zum Einsatz kommen: Zwei Cold-Metal-Transfer-Prozesse (CMT) oder eine Kombination aus einem MSG-Pulsschweißprozess (Lead) und einem CMT-Prozess (Trail) in einem System. Typisch für das CMT-Verfahren ist, dass die Elektrode während des Schweißvorgangs hin und her bewegt wird.

Definierter Rückzug

Beim CMT unterliegt die Lichtbogenlänge kaum Schwankungen, da der Draht unabhängig vom aktuellen Stickout definiert zurückgezogen wird. Der Wärmeeintrag ist im Vergleich zu einem konventionellen Kurzlichtbogen deutlich niedriger. Denn der Kurzschlussaufbruch erfolgt nicht unter hohem Stromfluss, sondern durch das Zurückziehen des Drahtes bei geringem Strom. Wegen der kontrollierten Abgabe des Tropfens ins Schmelzbad kommt es kaum zu Spritzern. Zudem ist der Prozess ist gegenüber konventionellen (Puls-) Lichtbogenverfahren stabiler.

Diese Vorteile lassen sich bei CMT Twin mit den Vorteilen eines MSG-Pulsschweißprozesses kombinieren: Mit der ersten Drahtelektrode lässt sich mit einem Impulslichtbogen bzw. einem hohen Schweißstrom ein großer Einbrand erzielen; der nachfolgende Draht arbeitet im CMT-Betrieb und füllt die Naht bei Bedarf mit reduziertem Vorschub und Wärmeeintrag.

Weil der CMT-Prozess weniger Lichtbogendruck auf das Schmelzbad ausübt und das Schmelzbad daher ruhiger bleibt, wird der Pulsprozess an der ersten Lead-Elektrode weniger gestört. Er kann somit kürzer und mit höherer Leistung gehalten werden. Die Schweißgeschwindigkeit beim Schweißen einer Kehlnaht am Überlappstoß von zwei 2-mm-Stahblechen kann daher bis zu 4 m/min betragen! Auch bei der Spaltüberbrückung zeigt sich CMT Twin aufgrund des geringeren Wärmeeintrags gegenüber konventionellen Tandemverfahren überlegen. Der Wärmeeintrag reduziert sich bei sonst gleichen Parametern bei einer Kombination von Puls und CMT um bis zu 20 Prozent.

Das Verfahren CMT Twin überführt die Vorteile von Time Twin und CMT in ein System: Hohe Prozesssicherheit, Nahtqualität, Spaltüberbrückung, Geschwindigkeit und eine geringe Nacharbeit. Dank dieser Pluspunkte erzielt das Verfahren laut Hersteller bessere Schweißergebnisse als konventionelle Doppeldraht- oder Tandemprozesse. Besonders deutlich wird dies beim Fügen dünner Bleche mit hoher Geschwindigkeit, ohne dass der Wärmeeintrag das Optimum überschreitet. Für die verschiedenen Prozesskombinationen und Einsatzgebiete stellt Fronius passende Kennlinien bereit. ms

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