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PCS - Pulsgesteuerter Sprühlichtbogen
Technik, Anwendung und Vorteile einer neuen Lichtbogencharakteristik zum
Schweißen für die TPS Serie.
Bei steigenden Rohstoffpreisen sind sowohl die Stahlproduzenten als auch die Hersteller von Schweißzusatzwerkstoffen
bemüht, den Anteil teurer Legierungselemente zu reduzieren bzw. durch preiswertere
zu ersetzen. Die so modifizierten Werkstoffe erfordern jedoch neue Kennlinien für das Schweißen bzw.
Schweißverfahren mit einer anderen Lichtbogencharakteristik. Der Schweißspezialist Fronius gibt Einblicke
in das Programmieren von Kennlinien sowie Technik, Anwendung und Vorteile der neuen Kennlinie
PCS (Puls-Controlled-Spray arc).
Aktuell hat Fronius in seiner Schweißdatenbank ca. 1.300
Kennlinien gespeichert – ausreichend für die meisten industriellen
Anwendungen. Trotzdem kann das Programmieren neuer
Kennlinien sinnvoll sein. Zum Beispiel, für Zusatzmaterialien,
Schutzgase oder Schweißdrahtdurchmesser, die nicht in der
Schweißdatenbank enthalten sind. Auch das Optimieren eines
Schweißprozesses mit dem Ziel, die Schweißgeschwindigkeit zu
steigern, die Einbrandverhältnisse oder das Nahtaussehen zu ändern,
kann eine neue Kennlinien erreichen. Die Einflussgrößen
und Grundlagen zeigt der erste Teil dieses Beitrags, der zweite
beschreibt Technik, Anwendung und Vorteile der neuen Kennlinie
PCS. Sie ermöglicht einen noch sichereren Schweißprozess
für beste Schweißergebnisse und signifikant weniger Nacharbeit
beim Fügen niedriglegierter Stähle.
Die „Digitale Revolution“ hat die Schweißtechnik nachhaltig
verändert. Einer der führenden Wegbereiter dieser Entwicklung
ist der österreichische Schweißsystem-Hersteller Fronius. Die
Systeme des Schweißspezialisten kennzeichnen einerseits die
digitalen Signalprozessoren und andererseits die per Software
abgebildete Lichtbogencharakteristik. Beides eröffnet völlig
neue Möglichkeiten, den Schweißprozess statt per Hardware
über Software zu beeinflussen und zu regeln. Damit steigen die
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse.
(Abb.1) Das Programmieren eigener Kennlinien ist ein mächtiges Werkzeug,
Schweißprozesse zu optimieren. Es setzt jedoch profunde Kenntnisse der Lichtbogencharakteristik
voraus.
(Abb.2) Typisch für eine PCS-Kehlnaht sind deren tiefe und schmale Ausprägung;
2 Stahlbleche, a-Maß 5 mm und Blechdicke 8 mm, Zusatzwerkstoff
G3Si1 sowie Gasgemisch aus 8% Co2 und 92% Argon.
Das elektronische Ermitteln, Definieren und Reproduzieren der
Schweißparameter bildet hierzu die Grundlage. In der Praxis ausschlaggebend
ist dann, dass einerseits die Istwerte just-in-time
zur Verfügung stehen und sie sich andererseits jederzeit automatisch
an die Soll-Situation anpassen lassen. Genau hier bietet die
digitalisierte Schweißtechnik die Möglichkeit, die Systeme optimal
auf unterschiedliche Werkstoffe, Schweißzusatzmaterialien,
Schutzgase und Prozessparameter einzustellen. Statt umfangreicher
Hardware-Änderungen reicht jetzt eine neue Kennlinie, d.h.
eine Änderung der Software. Ein Blick hinter die Kulissen macht
die Sache transparenter und klärt wichtige Zusammenhänge –
speziell für den Impulslichtbogen.
Der Stromverlauf beim Schweißen mit dem Impulslichtbogen
zeigt unterschiedliche Phasen und Ströme (Abb. 1). Da ist zunächst
der Grundstrom mit überlagertem Pulsstrom. Während
der Grundstrom zeitlich konstant ist (horizontaler Verlauf), weist
der Pulsstrom typische An- und Abstiege der Stromkurve auf. Im
Detail handelt es sich um zwei zeitlich begrenzte Ströme für die
Pulsstromzeit und die Ablösestromzeit. Während der Pulsstromzeit
steigt der Strom relativ steil linear an und flacht dann ab. An
dessen Ende beginnt die Ablösestromzeit. Dabei fällt der Strom
zunächst steil linear ab, geht in einen abflachenden Stromabfall
über und erreicht das Grundniveau des Ablösestroms. Hieran
schließt sich ein weiterer, jedoch deutlich geringerer Abfall auf
den Grundstrom an. Was bedeuten die einzelnen Phasen?