Für den Plasma-MIG-Schweißprozess wurde exemplarisch eine Ablaufsteuerung auf PC-Basis entwickelt, welche flexibel innerhalb kürzester Zeit umgestellt, weiterentwickelt und damit geänderten Anforderungen schnellstmöglich angepasst werden kann. Aufgrund einheitlicher Schnittstellen ist ein Anschluss anderer Verfahren/Hybridverfahren jederzeit unkompliziert möglich.

Für den Plasma-MIG-Schweißprozess wurde exemplarisch eine Ablaufsteuerung auf PC-Basis entwickelt, welche flexibel innerhalb kürzester Zeit umgestellt, weiterentwickelt und damit geänderten Anforderungen schnellstmöglich angepasst werden kann. Aufgrund einheitlicher Schnittstellen ist ein Anschluss anderer Verfahren/Hybridverfahren jederzeit unkompliziert möglich.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In recent years, the demand of the productive sector for more efficient processes has encouraged the research and development of products and processes to increase the production at a competitive cost. In this sense, the \"Plasma-MIG\" with Concentric Arcs process, being an evolution of the conventional MIG/MAG process, has emerged as a promising option. This process has been available to the market since the 70s. However, it is still necessary to consolidate a scientific and technological basis of that process. Only then the market will decide if it is applicable, either to replace or become an option instead of the other processes. Thus, the challenge is to collaborate with both the scientific and the production what actually is the overall goal of this work, that is to provide fundamental knowledge about functioning principles and operating parameters of the \"Plasma-MIG\" with Concentric Arcs. The influence of the gas flow, especially of the intermediate one on the weld bead surface appearance, the effect of external arc on the globular-spray transition current and on the axial spray-rotational transition current, as well as on the droplet kinematic parameters and the relation between the outer arc current/torch working angle/torch-piece distance and the weld geometry have been studied experimentally. The results showed that the intermediate arc gas flow rate was the very one which determined weld appearance. The globular-spray transition current rose and the axial spray-rotational transition current became lower in the presence of the outer arc. The presence of the outer arc also raised the momentum of the drops hitting the weld pool. The presence of current in the outer arc at low values reduces penetration and correlated parameters (either directly or inversely proportional), but causes their growing again when being increased. The bead geometry follows the similar behavior of the conventional MIG/MAG as regards to the torch working angle and the torch-piece distance, though being more intensified when using the outer arc. In conclusion, it is possible to say that the knowledge on the operational characteristics of the \"Plasma-MUG\" with Concentric Arcs welding process obtained in this work may serve as a basis for the perception of this process application potential. / Nos últimos anos, a demanda do setor produtivo por processos mais eficientes tem incentivado a pesquisa e o desenvolvimento de produtos e processos que permitam o aumento da produção a um custo compatível. Neste sentido, o processo de soldagem \"Plasma-MIG\" com Arcos Concêntricos, uma evolução do processo MIG/MAG convencional, tem surgido como uma opção promissora. Esse processo está à disposição do mercado desde a década de 70, no entanto, ainda é necessário consolidar uma base cientifica e tecnológica a respeito desse processo. Somente assim o mercado poderá decidir se o mesmo é aplicável, seja para substituir ou se tornar mais uma opção frente a outros processos. Desta forma, é no desafio de colaborar tanto com o meio cientifico como o produtivo que se enquadra o objetivo global deste trabalho, o qual é o de fornecer conhecimentos fundamentais sobre aspectos de funcionamento e parâmetros operacionais do processo \"Plasma-MIG\" com Arcos Concêntricos. Foram estudados experimentalmente a influência das vazões dos gases, principalmente o intermediário, sobre o aspecto superficial do cordão de solda, o efeito do arco externo sobre as correntes de transição globulargoticular e goticular axial-rotacional e sobre os parâmetros cinemáticos das gotas e a relação entre corrente do arco externo/ângulo de inclinação da tocha/distância da tocha a peça e a geometria do cordão. Os resultados apontam que a vazão governante sobre o acabamento do cordão é a do gás intermediário. A corrente de transição globular-goticular elevou-se e a goticular axial-rotacional ficou menor na presença do arco externo. A presença do arco externo também fez elevar o momentum das gotas atingindo a poça. A presença da corrente no arco externo em valores baixos reduz a penetração e parâmetros correlacionados (de forma direta ou inversamente proporcional), mas faz novamente crescêla ao ser aumentada. A geometria do cordão segue o comportamento similar ao do processo MIG/MAG convencional quanto ao ângulo de inclinação e distância da tocha à peça, mais intensificado quando se usa arco externo. Ao final, pode-se dizer que os conhecimentos gerados no presente trabalho sobre as características operacionais do processo \"Plasma- MIG\" com Arcos Concêntricos formam uma base para conceber a potencialidade aplicativa do processo. / Doutor em Engenharia Mecânica

Das Metall-Schutzgas-Auftragschweißen hat sich zur Herstellung von Verschleißschutzschichten in einer Dicke von mehreren Millimetern etabliert. Nebst den Vorteilen hinsichtlich Bedienbarkeit und Automatisierbarkeit weist es aber nur einen engen Freiheitsgrad bezüglich der Variation der Energieanteile im Lichtbogenbereich und daraus resultierend Limitierungen zur gezielten Modifikation der Mikrostrukturen von Verschleißschutzschichten auf. In dieser Schrift werden auf der Basis einer Analyse der Wärmebilanz im Lichtbogenbereich unter Zugrundelegung relevanter Werkstoffsysteme Möglichkeiten zur Optimierung des MSG-Schweißens aufgezeigt sowie die Auswirkungen hinsichtlich einer verbesserten Mikrostruktur und daraus resultierend einer erhöhten Verschleißbeständigkeit der aufgeschweißten Schicht untersucht. Im Besonderen werden die semifunktionsanalytische Berechnung der Aufmischung, das Auftragschweißen übereutektischer FeCrC-Schichten mittels des MSG- und des Plasma-MIG-Schweißprozesses, die Wärmeeinbringung beim Plasma-MIG-Schweißen und ein Modell für die Auflösungskinetik der Wolframschmelzkarbide beim MSG-Auftragschweißen von wolframschmelzkarbidhaltigen Pseudolegierungen behandelt.:1 Einleitung, Problemstellung und Zielsetzung 1 2 Stand von Wissenschaft und Technik 3 2.1 Das tribologische System 3 2.2 Verschleißarten, Verschleißmechanismen und Verschleiß- 4 erscheinungsformen 2.2.1 Oberflächenzerrüttung 5 2.2.2 Abrasion 6 2.2.3 Adhäsion 8 2.2.4 Tribochemische Reaktion 9 2.2.5 Verschleißerscheinungsformen 9 2.3 Verschleißmessgrößen 10 2.4 Modellbildung und Berechnung des tribologischen Verhaltens 10 2.4.1 Flächenpressung ohne Adhäsion 11 2.4.2 Flächenpressung mit Adhäsion 13 2.4.3 Scherungshypothese 15 2.4.4 Werkstoffliche Parameter der kontinuumsmechanisch 16 basierten Modelle zur Berechnung von abrasivem Verschleiß 2.4.5 Modelle zur Berechnung von abrasivem Verschleiß heterogener Werkstoffe 18 2.5 Abrasionsbeständige Stähle und Gusslegierungen 23 2.5.1 Unlegierte Stähle 24 2.5.2 Niedriglegierte Stähle 24 2.5.3 Manganhartstähle 24 2.5.4 Werkzeugstähle 25 2.5.4.1 Kaltarbeitsstähle 26 2.5.4.2 Warmarbeitsstähle 27 2.5.4.3 Schnellarbeitsstähle 28 2.5.5 Abrasionsbeständige Stähle und Gusslegierungen 28 2.5.5.1 Perlitischer Hartguss 29 2.5.5.2 Ledeburitisch-martensitisches Gusseisen 29 2.5.5.3 Hochchromhaltige Gusseisen 30 2.6 Der Einsatz von weißen, hochchromhaltigen Gusslegierungen 33 unter abrasiv-korrosiven oder erosiv-korrosiven Bedingungen 2.7 Schweißzusatzwerkstoffe für den Hartauftrag 36 2.7.1 Allgemeines 36 2.7.2 Hartlegierungen gegen Abrasion durch mineralische Stoffe 36 2.7.3 Pseudolegierungen gegen Abrasion 38 2.8 MSG-Schweißprozesse für den Hartauftrag 42 2.8.1 Allgemeines 42 2.8.2 Möglichkeiten der erweiterten Verschiebung der Wärmebilanz 47 2.8.2.1 Modifizierung des grundwerkstoffseitigen Wärmeflecks 47 2.8.2.2 Mehrdrahtschweißen 50 2.8.2.3 Zusätzliche Erwärmung des Tropfendepots im Eindrahtverfahren 52 2.8.2.4 Hybridverfahren mit einer Drahtelektrode 52 2.9 Modelle zur Berechnung des Aufmischungsgrads beim MSG- Auftragschweißen 54 2.10 Stabilität der MSG-Schweißprozesse für den Hartauftrag 55 3 Forschungsbedarf, konzeptionelle Vorgehensweise, 58 Berechnungsmodelle und Versuchsplanung 3.1 Forschungsbedarf 58 3.2 Konzeptionelle Vorgehensweise 61 3.3 Berechnungsmodelle 62 3.3.1 Modell zur Berechnung der Aufmischung durch einen Lichtbogen 62 3.3.2 Modell zur Berechnung der Aufmischung durch eine modifizierte 70 Wärmequelle 3.3.2.1 Pendelquelle und Kreisringquelle 70 3.3.2.1.1 Beispielhafte Illustrationen 71 3.3.2.1.2 Grundfunktionen des Modells 72 3.3.2.1.3 Berechnungsverfahren 76 3.3.2.2 Goldak-Wärmequelle 82 3.3.3 Modell zur Berechnung der Auflösung der 83 Wolframschmelzkarbide 3.4 Versuchsplanung zur Schweißprozess- und 90 Schweißnahtanalyse 3.4.1 Übersicht 90 3.4.2 Versuchsplanung für die Basisschweißprozesse mit 91 Fülldrahtelektrode 3.4.3 Versuchsplanung für das Schweißen mit modifiziertem 94 werkstückseitigen Wärmefleck 3.4.3.1 Versuchsprogramm für das MSG-Auftragschweißen mit 95 pendelndem Schweißbrenner 3.4.3.2 Versuchsprogramm MSG-Auftragschweißen mit mechanisch induzierter 95 Rotation der Schweißdrahtelektrode 3.4.3.3 Versuchsprogramm für das Auftragschweißen mit dem Plasma-MIG-Schweißprozess 3.4.4 versuchsplanung zur Verschiebung der Energieanteile zugunsten 98 des Abschmelzprozesses beim MSG Auftragschweißen mit einer Fülldrahtelektrode 3.4.5 Versuchsplanung für das Auftragschweißen mit einer dicken 100 Massivdrahtelektrode 3.4.6 Versuchsprogramm für das Schweißen von Auftragschichten 101 mit erhöhter Beständigkeit gegen Tribokorrosion 3.4.7 Versuchsprogramm Schweißen von Auftragschichten auf Platten 102 3.4.8 Versuchsplanung zur Bestimmung der spezifischen Enthalpie 104 des Schweißtropfens 3.4.9 Planung der Schweißungen zur Ermittlung des thermischen 104 Wirkungsgrads des Plasma-MIG-Schweißprozesses 3.4.10 Planung der Schweißungen zur Ermittlung der Wolframkarbid- 105 auflösung im Zusatzwerkstoff 3.4.11 Versuchsplanung zur Ermittlung der Oberflächentemperaturen 106 des Schmelzbades und zur Auflösung der Wolframkarbide im Schmelzbad 3.4.12 Versuchsplanung zur Auflösung der Wolframschmelzkarbide 107 im Schmelzbad mit reduzierter Schmelzbadströmung 4 Versuchsaufbau, Versuchsdurchführung und Methoden 108 der Prozessauswertung 4.1 Allgemeines 108 Vorgehensweise zur Ermittlung der elektrischen Schweißleistung 109 und zur Prozessstabilität sowie zur Bestimmung der Temperatur der Schmelzbadoberfläche 4.3 Vorgehensweise zur kalorimetrischen Ermittlung des effektiven 113 Wärmewirkungsgrades der Plasma-MIG-Schweißprozesse 4.4 Vorgehensweise zur kalorimetrischen Ermittlung der Wärmeein- 115 bringung in den Schweißtropfen bei kurzschlussfreien Schweißprozessen 4.5 Vorgehensweise zur Ermittlung der Auflösung der Wolframkarbide 118 im Tropfen 4.6 Drahtvorwärmung 118 4.7 Wiederaufschmelzung von Probensegmenten im Quarzglasrohr 119 5 Methodik und Analyseverfahren zur Charakterisierung 120 der Schweißnähte 5.1 FeCrC-Legierungen 120 5.1.1 Analyse der Schweißraupen 120 5.1.2 Stromdichte-Potenzial-Bestimmung 120 5.1.3 Verschleißuntersuchungen der Plattenauftragungen 122 5.2 Pseudolegierungen 124 6 Darstellung und Diskussion der Versuchs- und Berechnungs 126 ergebnisse 6.1 Charakterisierung der Schweißprozesse 126 6.1.1 Modifizierter Kurzlichtbogen mit reversiblem Drahtvorschub 126 6.1.1.1 Allgemeine Prozesscharakterisierung 126 6.1.1.2 Einfluss der Schweißprozessgase auf die Prozessstabilität 132 6.1.1.3 Einfluss der Drahtelektrode auf die Prozessstabilität 144 6.1.1.4 Einfluss der Drahtvorschubgeschwindigkeit auf die Prozess- 146 stabilität 6.1.2 Modifizierter Kurzlichtbogen mit konstanter Drahtvorschubge- 149 schwindigkeit 6.1.3 Impulslichtbogen 150 6.1.4 Der sprühlichtbogenähnliche Werkstoffübergang 154 6.1.5 Prozessinstabilitäten durch die Anwendung gefalzter Fülldraht- 154 elektroden 6.2 Energieeintrag in Zusatz- und Grundwerkstoff 155 6.2.1 Gesamtenergieeintrag 155 6.2.2 Energieeintrag in den Zusatzwerkstoff 156 6.2.3 Umgesetzte Leistung in der Lichtbogensäule beim Schweißen 162 im modifizierten Kurzlichtbogen 6.2.4 Energieeintrag in den Grundwerkstoff durch den Lichtbogen 162 6.3 Aufmischung 165 6.3.1 Steuerung der Aufmischung mittels Reduktion der zugeführten 165 elektrischen Leistung unter Anwendung von Fülldrahtelektroden 6.3.2 Steuerung der Aufmischung mittels Modifizierung des grund- 184 werkstoffseitigen Wärmeflecks 6.3.3 Zusammenhang zwischen Aufmischung, Gefüge und Härte 187 6.4 Abrasiver Verschleiß in Abhängigkeit von Gefüge und Härte 192 6.5 Berechnung des Primärkarbidanteils in Abhängigkeit vom Auf- 197 mischungsgrad 6.6 Einfluss des Stickstoffs im Schweißprozessgas auf die Korrosions- 206 beständigkeit der Auftragschweißung 6.7 Auftragschweißen mit einer dicken Massivdrahtelektrode und 214 externer Drahtvorwärmung 6.8 Prozessbezogene Auflösungskinetik der Wolframkarbide 218 6.8.1 Charakterisierung der Pulverregime und der Wolframkarbide 218 6.8.2 Auflösung der Wolframkarbide 220 6.8.2.1 Auflösung der WSC-Karbide im eisen- und nickelhaltigen 220 Tropfen

3 mal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz

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