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Thursday, September 29, 2011, Saal E 4:00 PM Entwicklungen zum sauberen und sicheren Lichtbogenschweißen |
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Entstehung und Reduzierung der Schweißrauchemissionen beim MSG-Schweißen - Ergebnisse des 1. EWM-Awards |
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Sascha Rose* / Technische Universität Dresden,
Institut für Fertigungstechnik, Fügetechnik und Montage, Deutschland |
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Die Reduzierung von Emissionen wird die Weiterentwicklung von Fügeverfahren zukünftig immer stärker beeinflussen. Vor allem Schweißrauche belasten Schweißer und Bediener. Diese entstehen hauptsächlich am Drahtende und am Tropfen. Im Rahmen der Untersuchungen zum EWM-Award Physics of Welding wurden Grundlagen zum tieferen Verständnis der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge des Emissionsverhaltens von MSG-Schweißprozessen erarbeitet. Im Beitrag werden zunächst die wichtigsten Literaturquellen vorgestellt und der Stand des Wissens diskutiert. Anschließend werden eigene Untersuchungsergebnisse zum Einfluss von Stromführung und Schutzgaszusammensetzung vorgestellt. Die Untersuchungen wurden an Impulslichtbögen mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit und konstantem mittleren Strom durchgeführt. Experimente mit verschiedenen Mischgasen zeigen, dass die Schweißrauchemissionen bei höherem Aktivgasanteil zunehmen. Allerdings kann der Gaseinfluss nicht auf eine eindimensionale Wechselwirkung zurückgeführt werden. Vielmehr bestehen komplexe wechselseitige Beeinflussungen zwischen Schweißstrom, Schutzgas, Lichtbogen, Lichtbogenansatz, Tropfenformung und Tropfenablösung. Anhand numerischer Untersuchungen am Beispiel von CO2-Zumischungen werden die Beeinflussungen der Lichtbogeneigenschaften, insbesondere der Temperatur und der Stromdichte im Lichtbogen, diskutiert. Weiterhin wurde der Einfluss der Prozessstabilität im Hinblick auf Kurzschlüsse und das Nichtablösen von Tropfen untersucht. Durch instabile, kurzschlussbehaftete Impulsprozesse können die Schweißrauchemissionen um das Fünffache ansteigen. Parallel durchgeführte Versuche an Kurzlichtbogenprozessen unterstreichen dies. Allerdings können die Emissionen durch das energiereduzierte Auflösen von Kurzschlussbrücken bei geregelten Kurzlichtbogenprozessen um bis zu 75 % gegenüber einem konventionellen Kurzlichtbogenprozess reduziert werden. Durch angepasste Verläufe des Impulsstroms wurden weiterhin unterschiedliche Modi der Tropfenablösung eingestellt Ein-Tropfen-pro-Puls, Multi-Droplet und das Abschnürungen in jedem zweiten Puls. Dazu wurden jeweils Impulshöhe, Impulsfrequenz und Impulslänge gezielt variiert. Es zeigt sich, dass das am häufigsten verfolgte Prinzip, einen Tropfen pro Puls abzulösen, aus Emissionssicht vorteilhaft ist. Die anderen Modi zeigen durch größere und folglich schwerer abzulösende Tropfen bzw. durch kleinere Tropfen mit in Summe größeren Oberflächen erhöhte Emissionswerte. Aus den Untersuchungsergebnissen werden Vorschläge für zukünftige, emissionsreduzierte MSG-Prozesse vorgestellt. Abschließend werden die unterschiedlichen Bewertungskriterien für diese MSG-Prozesse insbesondere hinsichtlich der Partikelgrößen diskutiert. |