Abstract No.:	2804
Scheduled at:	Tuesday, September 27, 2011, Saal D 4:50 PM Verfahren
Title:	Fokussiergaskonzepte für das Plasmastichlochschweißen im Dünnblechbereich
Authors:	Christoph Petroll* / Universität der Bundeswehr München Werner-Heisenberg-Weg 39 85577 Neubiberg, Bayern Erwan Siewert / Universität der Bundeswehr München / Institut für Plasmatechnik und Mathematik, Bayern Gerald Wilhelm/ Linde Gas, Bayern Jochen Schein/ Universität der Bundeswehr München / Institut für Plasmatechnik und Mathematik, Bayern
Abstract:	Das Plasmaschweißen zeigt durch den Einsatz der Stichlochtechnik im Blechdickenbereich zwischen 3 und 8 mm besondere Vorteile, wie hohe Schweißgeschwindigkeiten, einen geringen Aufwand für die Nahtkantenvorbereitung und hochqualitative Schweißnähte. Für Blechdicken kleiner als 3 mm wird die Stichlochtechnik nicht eingesetzt, da sich vermehrt Einbrandkerben bilden und keine geschlossene Schweißnaht mehr entsteht. Es wird angenommen, dass das Schmelzbad bei einem zu großen Schmelzbadbreiten- zu Schmelzbadtiefenverhältnis nicht mehr hinter dem Stichloch zusammenfließt. Eine Schmälerung der Nahtbreite ist durch den Einsatz von Fokussiergas zu erzielen. Entsprechende Erfahrungen beim Stichlochschweißen hoher Wandstärken sind bisher nicht auf das Schweißen dünnerer Bleche übertragen worden. In diesem Beitrag werden Entwicklungen zu Fokussiergas-Aufsätzen (Add-Ons) für Plasmabrenner der unteren Leistungsklasse (bis 200 Ampere) dargestellt, für welche bisher kein Fokussiergas eingesetzt wurde. In diesen Fokussiergas-Aufsatz können unterschiedliche Düsentypen eingesetzt werden. Untersucht wurden Düsen zylindrischer, divergenter und konvergenter Geometrie sowie negative Laval-, Lavaldüsen und zylindrische Düsen mit Dorn. Im Einzelnen wurden für alle Düsentypen der Umschlagspunkt von einer laminaren in eine turbulente Strömung, die Druckwirkung auf die Schmelze, die örtliche Kühlwirkung an der Bauteiloberfläche sowie die Auswirkungen auf die Lichtbogenspannung und die Lichtbogengestalt in Abhängigkeit der Fokussiergasmenge, des Abstandes der Düse zum Wirkpunkt und der Orientierung zum Lichtbogen analysiert. Hierzu wurden Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, Strom- und Spannungsmessungen, Schlierenaufnahmen, Staudruckmessungen sowie Temperaturaufnahmen durchgeführt. Die diagnostischen Untersuchungen haben gezeigt, dass die zylindrischen, die Laval- und die negativen Lavaldüse besonders geeignet sind den Lichtbogen einzuschnüren. Hierbei verursachen die Lavaldüsen die geringsten Fluktuationen in der Lichtbogenspannung. Zur Kühlung der Nahtflanken eignet sich aufgrund einer stark turbulenten Strömung die negative Lavaldüse am Besten. Auf diesen Erkenntnissen basierend werden drei Konzepte vorgestellt, die im Schweißprozess gezielt eingesetzt werden, um das Nahtbreite- zu Nahttiefeverhältnis zu reduzieren und Einbrandkerben zu vermeiden , sowie die Schweißgeschwindigkeit wesentlich zu erhöhen. Die Schweißergebnisse mit Fokussiergaseinsatz werden mit Schweißresultaten, die mit heutiger Brennertechnik zu erzielen sind verglichen und der Einfluss auf die Schweißnahtausbildung anhand von Schliffbildern dokumentiert.

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