Lichtbogenschweißen 101

Was ist Lichtbogenschweißen?

Beim Lichtbogenschweißen werden Teile dauerhaft miteinander verschmolzen, indem eine Stromquelle verwendet wird, um einen Lichtbogen zwischen einer in einem Brenner montierten Elektrode und einem Metall zu erzeugen. Dieser Lichtbogen ist ein elektrischer Strom, der zwischen zwei Elektroden durch eine ionisierte Gassäule fließt und eine Hitze erzeugen kann, die stark genug ist, um das Metall zu schmelzen.

Die Wärme wird durch eine negativ geladene Kathode und eine positiv geladene Anode erzeugt. Die negativen und positiven Ionen werden in der Plasmasäule mit einer beschleunigten Rate voneinander abprallen. Die Elektrode ist typischerweise ein speziell vorbereiteter Stab oder Draht, der nicht nur den Strom leitet, sondern auch schmilzt und Füllmetall an die Verbindung liefert.

Der Lichtbogen entsteht zwischen dem eigentlichen Werkstück und einer Elektrode (Stab oder Draht), die entlang der Fuge geführt wird. Es liefert die zum Schmelzen der Elektrode und des Grundmetalls erforderliche Wärme und liefert manchmal auch die Mittel zum Transport des geschmolzenen Metalls von der Elektrodenspitze zum Werkstück.

Diese intensive Hitze (ca. 6500ºF an der Spitze), die auf die Verbindung zwischen zwei Teilen aufgebracht wird, wird geschmolzen und dazu gebracht, sich mit einem geschmolzenen Füllmetall zu vermischen. Diese Wärme schmilzt sowohl das Grundmetall als auch die Elektrode, wodurch geschmolzene Tröpfchen entstehen, die abgelöst und durch die Lichtbogensäule zum Werkstück transportiert werden, wenn die Elektrode verbrauchbar ist.

Beim Kohlenstoff- oder WIG-Schweißen müssen keine geschmolzenen Tröpfchen über den Spalt und auf das Werkstück gedrückt werden, sodass Füllmetall von einem separaten Stab oder Draht in die Verbindung geschmolzen wird.

Unabhängig davon wird dieser Pool aus geschmolzenem Metall manchmal als "Krater" bezeichnet. Der Krater verfestigt sich hinter der Elektrode (siehe "Schlacke" unten), wenn sie entlang der Fuge bewegt wird. Das Ergebnis ist eine metallurgische Schmelzverbindung, die eine Schweißverbindung erzeugt, die eine ähnliche Festigkeit wie das Metall der Teile hat. Dies unterscheidet sich von nichtschmelzenden Verbindungsverfahren, bei denen die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Grundmaterialien an der Verbindung nicht dupliziert werden können.

Diese Metallübertragung kann auf zwei Arten erfolgen:Oberflächenspannungsübertragung, bei der ein Tropfen geschmolzenen Metalls das geschmolzene Metallbad berührt und durch Oberflächenspannung hineingezogen wird, oder Sprühlichtbogen, bei dem der Tropfen aus dem geschmolzenen Metall an der Elektrodenspitze ausgestoßen wird elektrische Quetschung, die es zum Schmelzbad treibt (ideal für Überkopfschweißen).

Stromversorgung des Lichtbogenschweißens:

Unten ist ein Diagramm der grundlegenden Lichtbogenschweißschaltung, die eine Stromquelle enthält. Es muss einen ionisierten Pfad geben, um Elektrizität über eine Lücke zu leiten, und dann eine Art Zündung, um den Lichtbogen zu starten. Dies wird normalerweise durch Anlegen einer Anfangsspannung verursacht, die hoch genug ist, um eine Entladung zu verursachen, oder durch Berühren der Elektrode mit dem Werkstück und dann Zurückziehen, wenn sich der Kontaktbereich erwärmt.

Beim Schweißen kann man einen Gleichstrom (DC) mit positiver oder negativer Elektrode oder Wechselstrom (AC) verwenden. Die Wahl des Stroms und der Polarität hängt vom Verfahren, der Art der Elektrode, der Lichtbogenatmosphäre und dem zu schweißenden Metall ab. Welche Stromquelle auch immer benötigt wird, sie ist mit den erforderlichen Steuerungen ausgestattet, die über ein Arbeitskabel mit dem Werkstück verbunden sind.

Lichtbogenabschirmung

Die Lichtbogenabschirmung ist ein notwendiger Prozess beim Lichtbogenschweißen, da jedes Metall bei hohen Temperaturen eine höhere Reaktivität gegenüber chemischen Elementen in der Luft aufweist. Das Verfahren hat also die Möglichkeit, den Lichtbogen und das Schmelzbad mit einem schützenden Gasschild abzudecken. Schutzgas wird verwendet, während der Brenner Teile zusammenfügt, um eine Kontamination zu verhindern. Dies bestätigt auch die Festigkeit von Schweißnähten und minimiert die Reinigung eines Teils nach dem Schweißen.

Roboterlichtbogenschweißen:

Seit den 1980er Jahren ist die Schweißautomatisierung ein viel robusterer und ausgereifterer Prozess geworden. Es hat sich schnell weiterentwickelt und ist äußerst effektiv geworden, um langwierige Produktionsanforderungen mit schnellen Geschwindigkeiten zu erfüllen, während es gleichzeitig wirtschaftlich, effizient und zuverlässig ist und einen weiteren Schutz der Arbeiter vor gefährlichen Aufgaben ermöglicht.

6-Achsen-Robotersysteme sind in der Lage, die Bewegung eines menschlichen Arms innerhalb einer Zelle mehr als nachzuahmen und ermöglichen es, den Brenner genau dort zu platzieren, wo es erforderlich ist, um in der effizientesten und wiederholbarsten Position zu arbeiten.

In fast jeder Industrie, ob groß oder klein, wird Schweißen als Hauptmittel der Herstellungs- und Reparaturprozesse für praktisch jede Anwendung verwendet. Roboterschweißen umfasst Prozesse wie Lichtbogenschweißen, MIG-Schweißen, WIG-Schweißen, Laserschweißen und Punktschweißen.

Diese Vorteile führen dazu, dass der Schweißrobotermarkt schneller wächst als jeder andere Industrieroboter. Dies zeigt sich in der Schätzung, dass allein die Abteilung für automatisiertes Schweißen und Zubehör im Jahr 2017 einen Wert von 1,9 Milliarden US-Dollar haben wird.

Vorteile des Roboterschweißens:

• Geschwindigkeit: Roboterschweißsysteme sind Meister darin, die Arbeit schnell zu erledigen. Roboter haben weder vorgeschriebene Mittagspausen noch benötigte Urlaubszeiten; sie arbeiten ununterbrochen, rund um die Uhr. Im Vergleich zu einem manuellen Schweißzyklus ist weniger Handhabung erforderlich, sodass der Roboter viel längere Lichtbogen-Einschaltzeiten erreicht und die Leistung in der Regel um den Faktor zwei bis vier erhöht. Anschließend werden Sie eine dramatische Steigerung Ihres Durchsatzes und Ihrer Produktivität feststellen, die die Gesamteffizienz Ihres Unternehmens steigert.
• Genauigkeit: Robotersysteme haben Vorschriften, die es ihnen ermöglichen, weniger Fehler zu machen als ein manuelles Schweißsystem, was dazu beiträgt, Material- und Zeitverschwendung zu reduzieren. Es gibt auch Designs, die helfen, schwierige oder schmale Stellen zu erreichen, wie z. B. einen schlanken Roboterarm.
• Konsistenz: Die Vorschriften und die daraus resultierende Genauigkeit führen zu äußerst konsistenten Schweißkonstruktionen. Das erhöht jedes Mal das Vertrauen in die Produktqualität.
• Sicherheit: Schweißen kann eine sehr gefährliche Anwendung sein, da es mit Blitzen, Dämpfen, Funken und Hitze zu tun hat. Wenn Sie automatisieren, können Sie die Arbeiter schützen, da die Roboter diesen Gefahren standhalten können. Auch Arbeitnehmer, die Schadensersatz fordern, wenn sie in Gefahr gebracht werden, können reduziert werden. Unternehmen können das Risiko verringern, dass ihre Mitarbeiter Schadensersatz verlangen, wenn sie von der gefährlichen Arbeitsumgebung betroffen sind.
• Kostensenkung: Die Kosten für das manuelle Schweißen können hoch sein, da es Zeit, Geschick und Konzentration erfordert. Das Roboterschweißen nimmt weniger Zeit in Anspruch und ermöglicht es Ihnen, die Kosten für direkte Arbeit zu senken, Energie zu sparen (weniger Startvorgänge) und Material zu sparen. Versicherungs- und unfallbedingte Kosten werden ebenfalls reduziert. Die Kosteneinsparungen, die das Roboterschweißen mit sich bringt, können Unternehmen dabei helfen, gegenüber Niedriglohn-Fertigungsländern in Osteuropa oder China wettbewerbsfähiger zu werden.
• Qualität: Ein Roboter hat eine ausgezeichnete Bahnfolgegenauigkeit und kann eine Schweißzange mit dem richtigen Schweißwinkel, der richtigen Geschwindigkeit und dem richtigen Abstand mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit (± 0,04 mm) präsentieren. Dies bietet die Möglichkeit, optimale Schweißbedingungen für jede einzelne Verbindung zu verwenden, was zu einer konstant hochwertigen Leistung rund um die Uhr führt, mit reduzierten Kosten für Nacharbeit, Ausschuss, Drahtverbrauch oder Entfernung von Schweißspritzern.
• Arbeit: Manuelles Schweißen wird bis zu einem gewissen Grad immer erforderlich sein, aber es bringt seine eigenen Herausforderungen mit sich ... Schulung, Einstellung und Umgang mit einer hohen Fluktuationsrate können alle mit hohen Kosten verbunden sein. Die Roboterautomatisierung bringt viel mehr Stabilität und Zuverlässigkeit für die Schweißarbeit Ihres Unternehmens.
• Flexibilität: Der Roboter kann zum Schweißen vieler verschiedener Produkte wie MIG, TIG, SMAW, FCAW, SAW und PAW verwendet werden. Dies ermöglicht es Unternehmen auch, eine Vielzahl von Produkten mit sehr kurzer Bearbeitungszeit herzustellen.
• Grundfläche: Verglichen mit der gleichen Leistung von manuellen Schweißplätzen benötigt der Roboter weniger Stellfläche.

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Die Nachfrage nach Automatisierungssystemen für das Lichtbogenschweißen steigt heute zunehmend, da Unternehmen sich der geringen Verfügbarkeit qualifizierter Schweißer bewusst sind, parallel zu den steigenden Wettbewerbsanforderungen auf dem globalen Markt. Nachdem Sie sich alle Vorteile angesehen und Ihren prognostizierten ROI betrachtet haben, sollten Sie nicht mehr überzeugt werden müssen.

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