CMT 28/2014

Einseiten-Elektrogasschweißen an Blechdickensprüngen und unregelmäßigen Stumpfstoßgeometrien (Einseiten-Elektrogasschweißen)

 

Universität Rostock, Lehrstuhl für Fertigungstechnik
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dr.-Ing. Knuth-Michael Henkel, Dipl.-Ing. Richard Banaschik

 

Das IGF-Vorhaben 17415 BR der Forschungsvereinigung Center of Maritime Technologies e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

 

Der Bericht kann bei CMT bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an igf(at)cmt-net.org

 

Projektbegleitender Ausschuss (PA):

Drahtzug Stein wire & welding GmbH & Co. KG, Dr. Erturul Engindeniz/ Dr. Reinhard Rosert

DNV GL SE, Ludger Hachmöller

Formstaal GmbH & Co. KG, Roland Löper/ Klaus Mittelbach

Germanischer Lloyd AG, Ludger Hachmöller

J.J. Sietas KG Schiffswerft GmbH u. Co., Claudio Tomassini/ Amhausch/ Vorhölter

Lincoln Electric Deutschland, Lars Bleckmann/ Reiner Hendrichs

Linde AG, Geschäftsbereich Linde Gas, Ronald Steusloff

MECOS, Dr. Martin Oster

Meyer Werft GmbH, Frank Boeckhoff/ Simon Schnieders/ Johannes Traksel

Neptun Ship Design GmbH, Robert Fölsch/ Helge Sell

Nordic Yards Warnemünde GmbH, Stefan Griesch/ Ronny Bleiß

Ostseestaal GmbH & Co. KG, Tilo Steiner/ Kunze/ Mittelbach/ Schellhorn/ Torsten Möller

Precitec KG, Dr. Markus Kogel-Hollacher

Schweiß- und Umwelttechnik Handelsgesellschaft mbH, Udo Rüchel/ Sven Kuhlmann/ Bartels

Technologiekontor Bremerhaven GmbH, Dr. Falk Lüddecke

WeserWind GmbH, Dr. Sigurd Weise/ Christian Sauer

 

Zusammenfassung

Die Zielsetzung bestand in der Entwicklung eines reproduzierbaren EG-Einseiten-Schweißprozesses an unregelmäßigen schiffbaulichen Stoßgeometrien, der die Vorteile einer Produktivitätssteigerung durch einlagiges Schweißen mit der Fehlerreduzierung eines vollmechanischen bzw. automatischen Prozesses vereint. So sollten Schweißfehler insbesondere des teilmechanischen MSG-Mehrlagenschweißens, wie Einschlüsse, Ansatzstellen, Endkrater durch einen reproduzierbaren Elektrogasprozess minimiert werden. Neben der Ermittlung mechanisch-technologischer Gütewerte, welche auch unter Praxisbedingungen z.B. durch angepasste Schweißnahtgeometrien (manueller Zuschnitt) nachgewiesen werden sollten, bestand ebenfalls ein hoher Bedarf an Schwingfestigkeitsuntersuchungen.

Es sollte eine Technologie erarbeitet werden, die unterschiedlich breite Spalte, Blechdickensprünge der Schiffsaußenhaut ohne Prozessunterbrechung verschweißen kann. Dazu musste u.a. ein Konzept entwickelt werden welche eine entsprechende Regelung des Schweißrüssels und der Schweißgeschwindigkeit völlig automatisiert bewerkstelligen kann. Weiterhin mussten zwingend notwendige Daten, wie z.B. der Nahtgeometrie und vertikale Position der Anlage am Stumpfstoß, gesammelt und entsprechend für die Regelung aufgearbeitet werden. Hierfür mussten, neben mess- und regelungstechnischen Aufgaben, umfangreiche Konstruktionsarbeiten an der vorhandenen Schweißanlage aber auch an völlig neuartigen Kupfergleitschuhen ausgeführt werden.

Es konnten die besagten Regelungs- und Konstruktionsarbeiten erfolgreich umgesetzt werden und mit Hilfe der neuen Technologie unregelmäßige Stumpfstöße mit bis zu 10 mm Nahtbreitenunterschied völlig automatisiert verschweißt werden.

Im Laufe des Projektes stellte sich heraus, dass in Europa erhältliche Schweißzusatzwerkstoff durchaus für das Elektrogasschweißen nutzbar sind, jedoch nicht alle die benötigte Sicherheit im Bezug der Festigkeits- und Zähigkeitswerte generieren können. Um den Anwendern ein Werkzeug für eine entsprechend geeignete Fülldrahtelektrodenwahl zu geben, wurden umfangreiche Schweißversuche (Fülldraht, Schutzgas) unternommen und entsprechend gründlich Untersucht. In diesem Zusammenhang konnten frei erwerbliche Schweißzusätze gefunden werden, welche bei einer Blechstärke von 15 mm die Kriterien einer GL-A36 Verbindung auch mit erhöhter Kerbschlagsicherheit erfüllen.

Bauteilschwingfestigkeitsuntersuchungen der Stumpfstoßverbindungen ergaben für den Einseiten-Elektrogasschweißprozess (Keramik als Badsicherung) größtenteils die Einordnung in die Kerbfallklasse FAT 71 für die Steignahtposition.


Abstract

The aim of the research project was to develop a reproducible one-sided electrogas welding process for use at irregular shipbuilding butt weld geometries. Hence the advantages of an increase in production by welding one-sidedly and a reduction of defects by using an automatic / fully mechanised process can be combined. That implied decreasing welding defects, particularly such related to semiautomatic multilayer MSG welding, like inclusions, attachment points and end craters, which were minimised due to the use of a more reproducible electrogas process. Besides determination of mechanical technological properties even under practical conditions such as adapted weld seams (manual cutting), there was an enhanced demand for fatigue strength investigations.

A technology for welding under conditions like differently wide gaps and varying sheet thicknesses of ship hulls without interrupting welding process was developed. For this purpose a concept was proposed, which was based upon automatic control of welding nozzle and velocity. Furthermore mandatory data, i.e. weld seam geometry and vertical position of the system along the butt weld needed to be collected and prepared for automatic control. Apart from the measurement and control tasks extensive engineering work had to be carried out for the welding system itself as well as a completely redesigned copper slide shoe.

As a result of successful control and engineering efforts irregular butt welds up to a difference of 10 mm in seam width were welded fully automatically.

During the project it became clear, that filler materials available in Europe were usable for electrogas welding, but did not fulfill the safety requirements concerning strength and toughness values. In order to create a wider range of suitable cored wire electrodes for potential users, comprehensive welding experiments (cored wires, shielding gas) were carried out and investigated. In this context filler materials (available for purchase) were found, which met the requirements for a GL-A36 joint for a sheet thickness of 15 mm, while still having an enhanced safety regarding Charpy impact energy.

Investigations in terms of component fatigue strength of the butt welds resulted in largely classifying the one-sided electrogas welding process (ceramics as backing technique) into notch class FAT 71 in vertical weld seam position.

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