Gründe, warum das Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) für dicke Grundwerkstoffe geeignet ist und wichtige Überlegungen

1. Kernvorteile von GESEHEN
Untergetaucht Bogen Das UP-Schweißen (Unterpulverschweißen) ist ein Schweißverfahren, mit dem sich sehr dicke Grundwerkstoffe verschweißen lassen. Dies funktioniert, wenn die Nahtgestaltung und die Parameter korrekt sind. Der Grund dafür ist folgender:
Das Hauptmerkmal des UP-Schweißens (Unterpulverschweißen) ist der von einem körnigen Flussmittel umhüllte Lichtbogen. Dies unterscheidet es vom offenen Lichtbogen beim Lichtbogenhandschweißen (E-Hand-Schweißen). Dadurch ergeben sich besondere Vorteile hinsichtlich der Wärmeeinbringung und der Abschmelzleistung. Daher eignet es sich hervorragend zum Schweißen dicker Kohlenstoffstähle und niedriglegierter Stähle. Es findet breite Anwendung in der Schwerindustrie, beispielsweise im Druckbehälter- und Schiffbau.

2. Hohe Ablagerungsraten
Hohe Auftragsraten: Beim SAW-Verfahren wird ein kontinuierlicher Draht und ein körniges Flussmittel verwendet. Dadurch sind Auftragsraten von 10–50 lbs/h oder mehr möglich. So lassen sich auch große Nuten in dicken Materialien gut füllen.
Das Lichtbogenhandschweißen (SMAW) hat üblicherweise eine Abschmelzleistung von nur 1–4 kg/Stunde. Durch den kontinuierlichen Drahtvorschub beim Lichtbogenhandschweißen entfällt jedoch der Elektrodenwechsel. Dank des hohen Schweißstroms lassen sich zudem Nuten in dicken Blechen schnell füllen, beispielsweise eine V-Nut in einer 30 mm dicken Stahlplatte. Dadurch verkürzt sich der Schweißzyklus erheblich.

3. Tiefenpenetration
Tiefer Einbrand: Die hohe Hitze beim UP-Schweißen sorgt für einen tiefen Schweißeinbrand. Pro Durchgang können bis zu 25 mm erreicht werden. Dies hängt von Stromstärke, Spannung und Drahtdurchmesser ab. Daher eignet sich das Verfahren ideal für dickere Bauteile.
Beispielsweise kann man mit einem 4,0 mm Draht und 600 A Stromstärke beim Unterpulversägen (SPS) in einem Durchgang 20 mm Baustahl durchtrennen. Für eine 50 mm dicke Stahlplatte sind nur 2-3 Durchgänge nötig. Beim Lichtbogenhandschweißen (SMAW) hingegen… MICHht benötigt 5-8 Pässe und kann Probleme wie mangelnde Durchschlagskraft haben.

4. Mehrere Durchgänge
Mehrere Schweißdurchgänge: Bei Werkstoffen mit einer Dicke von mehr als 50 mm (2 Zoll) können beim UP-Schweißen mehrere Schweißdurchgänge durchgeführt werden. Nutformen wie Doppel-V- oder U-Nuten gewährleisten eine vollständige Verschmelzung auch bei tiefen Verbindungen. Flussmittel und Schlacke tragen zusätzlich zur Schweißnahtqualität bei.
Beim Schweißen von 100 mm dickem Stahlblech wird häufig eine Doppel-V-Naht (30°-Schnitt auf jeder Seite) verwendet. Zuerst werden mehrere Lagen auf der Vorderseite geschweißt. Anschließend wird die Wurzel gereinigt und die Rückseite geschweißt. Das Flussmittel hält während des Schweißens Luft vom Lichtbogen fern. Dadurch wird die Oxidation der Schweißnaht verhindert. Die Schlacke auf der Schweißnahtoberfläche verringert zudem das Risiko von Poren und Schlackeneinschlüssen.

5. Vielseitiges Verbindungsdesign
Vielseitige Nahtgestaltung: SAW arbeitet mit verschiedenen Nahtformen (V, Doppel-V, J, U), die für dickere Werkstoffe geeignet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lichtbogen die Schweißwurzel erreicht und die Seitenwände optimal verschmelzen.
Beim Schweißen dicker Bleche benötigt eine U-Naht weniger Schweißzusatzwerkstoff als eine V-Naht. Beispielsweise benötigt eine U-Naht bei einem 80 mm dicken Blech 20–30 % weniger Schweißzusatzwerkstoff. Ihr flacher Seitenwandwinkel fördert zudem die Seitenwandverschmelzung. J-Nahtverbindungen werden häufig zum Verbinden von Blechen unterschiedlicher Dicke eingesetzt. Dadurch wird eine unvollständige Verschmelzung auf der dickeren Seite verhindert.

6. Automatisierung
Automatisierung: Das UP-Schweißen ist üblicherweise ein maschinelles Verfahren. Dabei werden Traktoren oder Portalsysteme eingesetzt, um eine gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit und Wärmeeinbringung zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig bei dicken Schweißnähten, um Fehler wie mangelnde Verschmelzung zu vermeiden.
Beim manuellen Schweißen kann die Geschicklichkeit des Schweißers schwanken. Faktoren wie Schweißgeschwindigkeit oder Schwingungen können zu einer instabilen Wärmeeinbringung führen. Dies kann bei mehrlagigen Schweißnähten dicker Bleche lokale Verschmelzungsfehler verursachen. Die automatisierten Systeme des UP-Schweißens hingegen können die Schweißgeschwindigkeit sehr präzise auf ±0,1 m/min genau steuern. Dadurch wird eine gleichmäßige Wärmeeinbringung und die gleiche Qualität bei jedem Schweißgang gewährleistet.

7. Überlegungen: Nutvorbereitung
Hinweise: Nutvorbereitung: Eine sorgfältige Kantenvorbereitung ist wichtig. Verwenden Sie beispielsweise U- oder J-Nuten, um weniger Schweißgut zu verbrauchen, und Doppel-V-Nuten für dickere Querschnitte. Dies trägt zur Wärmekontrolle und zur Vermeidung von Verzug bei.
Ist der Nutwinkel beim Schweißen dicker Grundwerkstoffe zu klein, kann es leicht zu unzureichender Seitenwandverschmelzung kommen. Beispielsweise bei einem V-Nahtwinkel unter 30°. Ist der Winkel zu groß, werden mehr Schweißzusatzwerkstoff und Wärme benötigt, was zu stärkerem Werkstückverzug führt. So kann sich beispielsweise eine 100 mm dicke Platte um 5 mm statt um 2 mm verziehen. Daher müssen die optimalen Nutparameter anhand der Grundwerkstoffdicke gewählt werden.

8. Überlegungen: Parameter
Zu berücksichtigende Parameter: Hohe Ströme (300–1000+ Ampere) und Tandem-Anordnungen tragen zu einer besseren Durchdringung dickerer Materialien bei.
Das Einzeldraht-UP-Schweißen hat üblicherweise einen maximalen Strom von 1000 A. Das Tandem-UP-Schweißen hingegen verwendet zwei Drähte gleichzeitig und kann Ströme von über 1500 A erreichen. Dadurch verbessert sich die Einbrandtiefe um 30–50 %. Es eignet sich daher gut zum Schweißen sehr dicker Bleche über 200 mm. Wichtig ist außerdem die richtige Spannung (28–40 V) und Schweißgeschwindigkeit (20–60 cm/min). So wird ein Durchbrennen durch zu hohen Strom verhindert.

9. Überlegungen: Anwendungen
Anwendungsbereiche: Kohlenstoffhaltige/niedriglegierte Stähle werden häufig in der Schwerindustrie eingesetzt. Beispiele hierfür sind Druckbehälter und der Schiffbau.
Beispielsweise wird das UP-Schweißen häufig zum Schweißen der Wände großer Rohöltanks eingesetzt. Das verwendete Material ist niedriglegierter Stahl Q345R mit einer Dicke von 20–40 mm. Es wird auch zum Verbinden von Schiffsdecks verwendet. Hierbei kommt Stahl AH36 mit einer Dicke von 16–30 mm zum Einsatz. UP-Schweißen ermöglicht sowohl eine hohe Schweißgeschwindigkeit als auch die Herstellung fester Schweißnähte. Es erfüllt strenge Industriestandards wie ASME BPVC und AWS D1.1.

10. Überlegungen: Grenzen
Zu beachten: Einschränkungen: Aufgrund des Flusses funktioniert es nur in flachen oder horizontalen Positionen.
Das Flussmittel ist ein körniges Feststoffpulver. Bei vertikaler Anwendung sackt es aufgrund der Schwerkraft ab und kann den Lichtbogen nicht ausreichend abdecken. Daher ist für vertikale Schweißungen an dickem Grundwerkstoff üblicherweise das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) erforderlich. Für lange, gerade Schweißnähte in horizontaler Position ist das Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) die bessere Wahl.

11. Vorteile gegenüber anderen Schweißverfahren
SAW unterscheidet sich von SMAW, GMAW und GTAW. Durch die hohe Auftragsmenge und den tiefen Einbrand eignet sich SAW besonders gut für dicke Schweißnähte.
Das WIG-Schweißen ist sehr präzise, ​​hat aber eine geringe Abschmelzleistung von nur 0,5–1,5 kg/Stunde. Daher eignet es sich nicht für dicke Bleche. Das MIG/MAG-Schweißen hat eine etwas höhere Abschmelzleistung als das E-Hand-Schweißen. Die Einbrandtiefe beträgt jedoch nur die Hälfte bis zwei Drittel derjenigen des SAW-Schweißens. Nur das SAW-Schweißen bietet für das Schweißen dicker Bleche gleichzeitig hohe Effizienz, tiefen Einbrand und hohe Qualität. Deshalb ist es in der Schwerindustrie die erste Wahl.