Optimierung des Mehrlagenschweißens mit der UP-Dünndraht-Tandemtechnik

Die Arbeit stellt für das Unterpulverschweißen von Längsnähten in der Großrohrfertigung Untersuchungen zu einer Verfahrensmodifikation vor, die sich durch die Verwendung von dünnen Drahtelektroden in Tandemanordnung auszeichnet. Der ersten Teil befasst sich mit dem Effekt der Verringerung der Streckenenergie bei konstanter Abschmelzleistung durch Verwendung dünner Drahtelektroden. Auf Basis von Versuchsschweißungen mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern werden eine vorhandene Simulation für das MSG-Verfahren angepasst und die Randbedingungen überprüft. Aus den Ergebnissen dieser Simulation wird ein Abschmelzwirkungsgrad vorgeschlagen, der die Tropfenleistung zur Prozessgesamtleistung ins Verhältnis setzt. Hierdurch wird die Basis zur Entwicklung einer Korrekturgröße geschaffen, die eine Abschätzung der Unterschiede in der Wärmeeinbringung zwischen den verschiedenen UP- Schweißverfahrensvarianten erlaubt. Wesentliche Prozessrandbedingungen und Parametergrenzen der UP-Dünndraht- Tandemtechnik werden untersucht und diskutiert. Hierbei steht die Prozesssicherheit im Vordergrund. Vorschläge für einen sicheren industriellen Einsatz dünner Drahtelektroden beim UP-Prozess schließen dieses Thema ab. In einem zweiten Untersuchungsteil werden Versuchsschweißungen in Mehrlagentechnik mit 1,2 und 1,6 mm Elektrodendurchmesser an einem sauergasbeständigen Stahl der Güte X65 mit vier unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen vorgestellt. Wesentliches Kriterium für die Bewertung der Schweißnaht ist die gute Tieftemperaturzähigkeit im Bereich der Fusionslinie, die sich nach Stand der Literatur in einem ersten Ansatz durch die Absenkung der Streckenenergie verbessern soll. Daher liegt ein Schwerpunkt auf der deutlichen Absenkung der Streckenenergie und dem Vergleich zum Mehrlagenschweißen mit der industriell eingesetzten Tandemtechnologie, 4 mm Drahtdurchmesser. Neben diesem unmittelbaren Vergleich, der bei gleicher Abschmelzleistung hergestellt wird, werden Möglichkeiten zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit herausgearbeitet, die sich durch eine weiter erhöhte Abschmelzleistungen und durch eine Optimierung der Fugenvorbereitungen ergeben. Die anschließenden werkstoffkundlichen Untersuchungen behandeln die unterschiedlichen und wesentlichen Prüfaspekte in der Großrohrfertigung. Die Ergebnisse werden abschließend aufbereitet und gegenübergestellt. Es kann gezeigt werden, dass durch die UP-Dünndrahttandemtechnik zumindest gleichwertige, tendenziell eher bessere Nahteigenschaften erzielt werden. Ein negativer Einfluss des geringeren Aufmischungsgrades durch die verringerten Schweißströme und damit höheren Legierungsgehalte in der Schweißnaht bei gleichen Schweißzusatzwerkstoffen auf die Kerbschlagarbeitswerte wird ausgeschlossen.