Fülldrähte im industriellen Schweißwesen
In der Schwerindustrie geht es beim Schweißen nicht nur um die Verbindung von Metallen. Sehr oft geht es darum, den Produktionsbetrieb aufrechtzuerhalten, Reduzierte Stillstandszeiten zu erreichen und die Lebensdauer kritischer Komponenten zu verlängern, die unter extremen Bedingungen betrieben werden.
Bei Welding Alloys geht es nicht nur darum, Schweißzusatzwerkstoffe zu liefern. Im Mittelpunkt steht vielmehr, Kunden bei der Bewältigung industrieller Herausforderungen durch praktische und zuverlässige Schweißlösungen zu unterstützen, die an die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst sind.
Fülldrähten sind ein wesentlicher Bestandteil dieses Ansatzes. Im Laufe der Jahre haben sie Stabelektroden und in vielen Anwendungsbereichen auch Massivdrahtelektroden zunehmend ersetzt, da Unternehmen bestrebt sind, ihre Produktivität, Schweißqualität und Prozessstabilität zu verbessern.
Heute werden sie in großem Umfang für die Hartauftragung, den Umbau, die Rissreparatur, die Verbindung von Edelstählen sowie für Anwendungen für Plattierungen eingesetzt und ermöglichen schnellere Schweißvorgänge ohne Leistungseinbußen.
WARUM FÜLLDRAHT SICH VON ANDEREN PRODUKTEN UNTERSCHEIDET
Im Gegensatz zu Massivdraht ist Fülldraht röhrenförmig. Er besteht aus einer Metallhülle, die mit Pulvern gefüllt ist, welche Legierungselemente, Flussmittel, Schlackenbildner, Lichtbogenstabilisatoren und Desoxidationsmittel enthalten. Diese röhrenförmige Bauweise bietet Herstellern größere Flexibilität bei der Entwicklung von Schweißzusatzwerkstoffen für spezifische industrielle Anwendungen. Je nach Anwendung kann die Zusammensetzung im Inneren des Drahtes angepasst werden, um gezielte Eigenschaften wie eine bestimmte chemische Zusammensetzung und Härte zu erreichen, wobei die Chemie des Grundmetalls und die Anzahl der aufgebrachten Schichten berücksichtigt werden.
Diese Technologie ermöglicht zudem die Entwicklung von Fülldrähten für eine breite Palette von Schweißverfahren und Anwendungen, darunter den selbstgeschützten und gasgeschützten Fülldraht für das Lichtbogenschweißen (FCAW-S und FCAW-G), das Unterpulverschweißen (SAW) sowie das Laserschweißen.
In den Industrien werden üblicherweise zwei Haupttypen von Fülldrähten verwendet: gefaltete Fülldrähten und nahtlose Fülldrahtelektroden.
- Gefaltete Fülldrähten werden aus einem geformten Stahlband hergestellt, das vor dem Verschließen des Drahtes mit Pulver befüllt wird. Dieses Verfahren ist weit verbreitet, da es eine hohe Flexibilität bei der Produktion bietet und eine große Vielfalt an Legierungssystemen und Drahtkonstruktionen ermöglicht.
- Nahtlose Fülldrahtelektroden werden hergestellt, indem ein Stahlband zu einer U-Form geformt, präzise mit einer genau dosierten Pulvermischung befüllt und das Rohr anschließend durch Laserschweißen hermetisch verschlossen wird, bevor es auf seinen Enddurchmesser gezogen wird. Diese versiegelte Bauweise trägt dazu bei, die Feuchtigkeitsaufnahme und die Wasserstoffaufnahme zu reduzieren, wodurch die Lagerstabilität, die Zuführungskonsistenz und die Schweißzuverlässigkeit verbessert werden.
Bei Fülldrähten – ob gefaltet oder nahtlos – fließt der größte Teil des Stroms durch die äußere Metallhülle. Dies erhöht die Stromdichte und ermöglicht es dem Draht, sich effizienter zu erwärmen und zu schmelzen als ein Massivdraht mit demselben Durchmesser.
In der Praxis ermöglichen diese Eigenschaften bei Fülldrähten hohe Abschmelzleistungen, ein stabiles Lichtbogenverhalten und effiziente Schweißbedingungen.
FÜLLDRAHTELEKTRODEN IM VERGLEICH ZU STABELEKTRODEN
Beim Reparatur- und Wartungsschweißen ist die Produktivität oft entscheidend, da die Schweißzeit sich direkt auf die Ausfallzeit und Produktionsausfälle auswirkt.
Stabelektroden sind nach wie vor nützlich für kleine Reparaturen, schwer zugängliche Bereiche und bestimmte Anwendungen vor Ort. Allerdings kommt es bei diesem Verfahren zu häufigen Unterbrechungen, da der Schweißer regelmäßig anhalten muss, um die Elektroden zu wechseln, den Lichtbogen neu zu zünden und zwischen den Schweißgängen Schlacke zu entfernen.
Fülldrähten werden kontinuierlich von einer Spule oder Trommel zugeführt, wodurch diese Unterbrechungen erheblich reduziert werden. Das bedeutet, dass der Prozess nicht mehr vollständig manuell, sondern je nach verwendeter Ausrüstung halbautomatisch oder automatisch abläuft.
Dies ist besonders wichtig bei großen Arbeiten der Hartauftragung und des Umbaus, wie beispielsweise bei der Reparatur von Ofenringen in der Zementindustrie, wo die Stillstandszeiten auf ein Minimum beschränkt werden müssen. Es ist auch für kleinere Arbeiten relevant, wie zum Beispiel die Hartauftragung von Bahnübergängen, bei denen eine Verkürzung der Schweißzeit dazu beiträgt, die Belastung des Schweißers durch unbequeme Arbeitspositionen, Schweißrauch und Hitze zu begrenzen.
- Einer der Hauptunterschiede ist die Abschmelzleistung. Beim FCAW-Verfahren werden typischerweise Abschmelzleistungen von etwa 4–8 kg/h erreicht, verglichen mit etwa 1–3 kg/h beim Lichtbogen-Stabschweißen (SMAW). Unter realen Bedingungen der Wartung können Reparaturen dadurch wesentlich schneller durchgeführt werden, während gleichzeitig der Arbeitsaufwand und die Dauer der Wartungsstillstände reduziert werden.
- Auch die Abschmelzeffizienz ist bei Fülldrähten deutlich höher. Beim FCAW-Verfahren werden in der Regel Abschmelzeffizienzen von etwa 90–98 % erreicht, wobei der verbleibende Verlust hauptsächlich auf die Schlacke zurückzuführen ist, während sie beim SMAW-Verfahren aufgrund von Elektrodenstummelverlusten und Schlackebildung im Allgemeinen bei etwa 55–65 % liegt.
Bei einem Metallpulverfülldraht ist der stromführende Metallquerschnitt kleiner als bei einem Massivdraht gleichen Durchmessers. Dies erhöht die Stromdichte und den elektrischen Widerstand, was ein schnelleres Schmelzen des Drahtes begünstigt und effiziente Schweißbedingungen ermöglicht, während die Wärmeeinbringung unter Kontrolle bleibt.
In der Praxis verbessert dies die Produktivität bei der Fertigung und Plattierung.
Vergleich von Stromstärke und Abschmelzleistung, der die höhere Abschmelzleistung von Fülldrähten verdeutlicht
Halbautomatische Reparatur eines Zementofenreifens unter Verwendung des nickelbasierten Fülldrahts GAMMA 182, der hohe Abschmelzleistungen und verkürzte Stillstandszeiten ermöglicht.
Reparatur der Hartauftragung an einer eingebetteten Straßenbahnkreuzung unter Verwendung des HARDFACE 19 9 6-O-Arbeits härtenden austenitischen Manganstahl-Fülldrähten.
FÜLLDRÄHTEN IM VERGLEICH ZU MASSIVDRAHTELEKTRODEN
Bei der Verarbeitung von Edelstählen und bei Anwendungen für Plattierungen kommen nach wie vor häufig Massivdrahtelektroden zum Einsatz. Moderne Stromquellen bieten mittlerweile ausgereifte Synergieprogramme, die die Parametereinstellung vereinfachen und die Steuerung des Schweißprozesses erleichtern. Dadurch stehen Anwender nicht mehr vor denselben Herausforderungen beim Schweißen wie früher.
Allerdings kommen gasgeschützte Metallpulverfülldrähten für das Schutzgasschweißen zunehmend dort zum Einsatz, wo eine sehr hohe Ausbringung, bessere Schweißleistung in verschiedenen Lagen und größere Prozessflexibilität gefordert sind.
Aufgrund ihres röhrenförmigen Aufbaus lagern Fülldrähten bei ähnlichen Stromstärken im Allgemeinen mehr Schweißgut pro Stunde ab als Massivdrahtelektroden.
Diagramm zur Anfälligkeit von mit Eisen verdünnten Nickel-Kupfer-Legierungen für Heißrisse
Gasgeschützte Fülldrahtelektroden eignen sich zudem besonders gut für das Schweißen in verschiedenen Lagen. Das Schlackesystem trägt zur Kontrolle und Stabilisierung des geschmolzenen Schweißbads bei, wodurch das Schweißen in vertikaler und horizontaler Lage erleichtert wird, während gleichzeitig relativ hohe Abschmelzleistungen beibehalten werden.
Bei Anwendungen für Plattierungen ist die Steuerung der Verdünnung und der Chemie des Schweißguts von entscheidender Bedeutung. Fülldrähten eignen sich hierfür besonders gut, da die innere Zusammensetzung des Drahtes sehr präzise angepasst werden kann, um die gewünschten Eigenschaften des Schweißguts zu erzielen.
Diese Entwicklung ist ein gutes Beispiel dafür, wie die Fülldrahttechnologie durch die Kombination von Produktivität, Schweißqualität und vereinfachten Schweißverfahren zur Lösung praktischer industrieller Herausforderungen beitragen kann.
Ein gutes Beispiel für die Flexibilität der Fülldrahttechnologie ist GAMMA 400, ein basischer Fülldraht, der für Anwendungen mit Legierung 400 (Ni-Cu) entwickelt wurde.
Die Plattierung mit massiven Ni-Cu-Drähten kann schwierig sein, da die Verwässerung durch Eisen aus dem Grundwerkstoff Kohlenstoffstahl das Risiko von Heißrissen erheblich erhöhen kann. Aus diesem Grund war häufig eine Pufferschicht aus reinem Nickel erforderlich, bevor die endgültige ALLOY 400-Legierung aufgebracht wurde.
Bei GAMMA 400 trägt die Konstruktion des Fülldrahts dazu bei, die Verfälschung zu kontrollieren und zu reduzieren. Dadurch lässt sich die angestrebte chemische Zusammensetzung der Legierung ALLOY 400 bereits in nur zwei Schichten erreichen, ohne dass eine spezielle Pufferschicht aus reinem Nickel erforderlich ist.
Vergleichende Plattierungen an Kohlenstoffstahl unter Verwendung von N04400-Schweißzusatzwerkstoffen wurden bei etwa 215 A, 26 V und einer Vorschubgeschwindigkeit von 29 cm/min durchgeführt. Unter diesen Bedingungen erzielte GAMMA
400 eine deutlich geringere Verdünnung der ersten Schicht als das gepulste GMAW mit Massivdraht, mit Messwerten von etwa 13 % bzw. 23 %, was einem Eisengehalt von etwa 9 % und 15 % entspricht.
EIN PRAKTISCHER ANSATZ FÜR DAS INDUSTRIELLE SCHWEISSEN
Es gibt keine einheitliche Schweißlösung für jede Anwendung.
Stabelektroden sind nach wie vor nützlich für bestimmte Reparaturen, insbesondere dort, wo Mobilität, Zugänglichkeit oder das Schweißen in allen Lagen erforderlich sind.
Massivdrahtelektroden können ebenfalls die richtige Wahl für Standardanwendungen sein, bei denen eine spezifische Kontrolle über die Verdünnung oder die Wärmeeinbringung nicht entscheidend ist oder bei denen fortschrittliche Stromquellentechnologien mit kontrolliertem Kurzlichtbogen, gepulstem MIG/MAG oder fortschrittlichen Wellenformprogrammen die Prozesssteuerung vereinfachen.
Für viele Anwendungen in den Bereichen Reparatur, Wartung, Hartauftragung und Plattierung bieten Fülldrähten jedoch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Produktivität, Zuverlässigkeit, Flexibilität und Schweißleistung.
Vor allem helfen sie den Kunden dabei, Reduzierte Stillstandszeiten zu erreichen, die Effizienz der Wartung zu verbessern und die Lebensdauer kritischer Ausrüstung in Industrien zu verlängern.
Bei Welding Alloys steht dieser praxisorientierte, anwendungsbezogene Ansatz nach wie vor im Mittelpunkt. Das Ziel ist stets die enge Zusammenarbeit mit den Kunden und die Bereitstellung von Schweißlösungen, die darauf ausgelegt sind, echte industrielle Herausforderungen unter realen Betriebsbedingungen zu bewältigen.
Vergleichsvideo zwischen FCAW und SMAW unter Verwendung fortschrittlicher nickelbasierter Schweißzusatzwerkstoffe ENiCrFe3 anzusehen, das die entscheidenden Produktivitätsvorteile des -Fülldrahts deutlich veranschaulicht technology