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WIG-Schweißen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen ohne Vorwärmen

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WIG-Schweißen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen ohne Vorwärmen

Kupfer und seine Legierungen, besonders massive Platten, müssen zum Schweißen vorgewärmt werden. So schreiben es die Lehrbücher und -meinungen für den hoch wärmeleitenden Werkstoff vor. Schweißfachingenieur Martin Poberer setzt die Praxis bei Voestalpine Stahl dagegen: Die Experten im österreichischen Linz schweißen teilweise Kupfer, Bronze und Messing ohne Vorwärmen. Allerdings brauchen sie dazu ein leistungsstarkes WIG-Schweißsystem. Mit der MagicWave 5000 von Fronius fügen sie Hochstromrohre für Verzinkungsanlagen, Platten für Stranggusskokillen oder Auftragsschweißungen in Bohrungen für Wärmebehandlungsbrenner.

In vier Bereiche gliedert sich die Voestalpine Stahl GmbH, Linz: Erstens „Flüssig“ für die klassische Hütten- und Gießereitechnik der Stahlerzeugung, zweitens „Fest“ für das weitere Aufbereiten z. B. durch Walzen und drittens „Veredeln“ für Oberflächenbehandeln u. a. Bearbeitungsschritte. Eine vierter Bereich heißt „B4 Technischer Service“ und ist dafür da, die reichen Wissens- und Erfahrungsressourcen der Anlagentechnik im eigenen Unternehmen zu nutzen. Zur internen Instandhaltung stehen Experten der Abteilungen Elektrotechnik, Strom, Prüftechnik, Engineering, Technische Medien sowie des Mechanisch-Technischen Zentrums bereit.

Der 38-jährige Ing. Martin Poberer leitet die in Stahlbau/Schweißerei eingesetzten Metallfachleute. Er ist mit dafür verantwortlich, dass das Unternehmen seine aktuell 55 Mio. Euro Jahresumsatzanteil allein im mechanisch-technischen Zentrum halten und möglichst steigern kann. „Wir sind zuständig für das Instandhalten sämtlicher mechanischer Teile. Das bezieht sich sowohl auf unsere eigenen Anlagen als auch auf unsere externen Dienstleistungsangebote. Komplexe Bearbeitung aus einer Hand kommt den Kunden zugute. Intern vermeidet es Stillstand, verkürzt die Instandhaltungszeiten und erhöht die Verfügbarkeit unserer Anlagen. Es fördert nachhaltig den Erfahrungstransfer“, so sein Statement.
25 von Poberers Mitarbeitern sind Schweißer. Ihre Aufgaben sind entsprechend der Unternehmensphilosophie sehr vielseitig. Signifikant häufig kommt der hoch anspruchsvolle Werkstoff Kupfer vor. Als Legierung, als galvanisch oder im speziellen, innovativen Warmspritzverfahren aufgebrachte Schicht, als Verbundwerkstoff oder als Oberflächen-Auftrag stellt er die Schweißfachleute vor eine professionelle Herausforderung. Denn einerseits ist der hervorragende Strom- und Wärmeleiter wegen seiner vielen zusätzlichen Qualitäten wie Gleitfähigkeit, Formbarkeit oder Korrosionsfestigkeit unersetzbar in der Metallurgie. Andererseits bedingen die positiven Eigenschaften eine Schwierigkeit: Das dunkelrosa schimmernde Nichteisenmetall leitet die Wärme so intensiv an die Umgebung ab, dass der per Lichtbogen oder Schneidbrenner zugeführte Wärmeeintrag einen längeren „Vorlauf“ braucht, um verflüssigend zu wirken.
In bestimmten Situationen muss jedoch diese Option des Vorwärmens ausfallen. Das trifft zu, wenn z. B. die hohe Temperatur eine unerwünschte Gefügeumwandlung verursachen würde, wenn an externen Einsatzorten das schwere, immobile Equipment nicht verfügbar ist oder wenn der Zusatzaufwand an Zeit und Energie schlicht zu teuer kommt. Mit den Einschränkungen zum Heißbearbeiten des rötlichen Buntmetalls wollen und können sich die Metall- und Hüttenmetallurgie-Experten bei Voestalpine deshalb nicht zufrieden geben. Einige Beispiele nennt Martin Poberer aus seinen alltäglichen Aufgaben:
  • Hochstromrohre aus Kupfer, die zum Stromtransfer beim elektrolytischen Verzinken dienen, müssen innerhalb der Anlage porenfrei, also im WIG-Verfahren, geschweißt werden. Ein Ausbau und Transport in die Werkstatt ist wirtschaftlich inakzeptabel.
  • Stranggusskokillen, die den erzeugten Stahl zu walzbaren Brammen vorformen, sind mit Kupferplatten ausgerüstet. Ein Vorwärmen auf die üblichen 600 °C ist problematisch, denn die differenzierten Beschichtungen teilweise mit empfindlichen CrNi-Stahl stehen dem entgegen.
  • Die Lager für die Walzen sind mit gleitfähigem, hitzefestem Kupfer beschichtet. Dafür haben die Experten bei Voestalpine ein spezielles thermisches Spritzverfahren entwickelt. Die extrem beanspruchte Kupferspritzschicht müssen sie regelmäßig erneuern bzw. mechanische Schäden effizient ausgleichen.
Weitere Beispiele sind Anwendungen, bei denen Kupfer-Stahl-Verbindungen zu fügen sind oder (z. B. bei Reparaturen) Kupfer bzw. Bronze per Schweißen aufgetragen wird.
Eine vorwärmfreie Alternative
Zum Beherrschen dieser Aufgabenstellungen stützt sich Poberer auf das Schweißsystem „MagicWave 5000“ von Fronius. Damit kann er z. B. auf das problematische, teure oder nicht zulässige Vorwärmen verzichten. Dieses digitale dreiphasige WIG (Wolfram-Inertgas)-Schweißsystem ist im Vergleich zu konventionellen Vorläufermodellen sowohl kleiner als auch leichter. Als anwendungsgerechte Lösung in Linz qualifiziert es besonders die konstant hohe Leistung und die Reproduzierbarkeit: Bei erneuter Wahl des gleichen Jobs bzw. der gleichen Parameter sind die Schweißergebnisse identisch! Neue Kennlinien z. B. für spezielle Werkstoffe erhalten Martin Poberer und seine Mitarbeiter direkt per E-Mail von Fronius. Weitere Vorteile wie Geräuschminimierung dank „ActiveWave-Technologie“ und Fernbedienanschluss „LocalNet“ kommen hinzu. Die Systeme „MagicWave 5000“ zum Wechsel- und Gleichstromschweißen sind sowohl zum Hand- wie automatisierten Betrieb als auch zum Schweißen mit Kaltdraht geeignet. Der hohe Eingangsspannungsbereich von +/- 15 % bei 3 x 400 V sorgt für anwenderfreundliche, praxisgerechte Leistungsdaten: bis zu 500 A bei Umgebungstemperaturen von 40 °C. Die „Intelligenz“ des Systems steckt im Mikroprozessor und dem digitalen Signalprozessor. Sie gewährleistet sowohl das hochwertige Schweißergebnis als auch seine 100-prozentige Reproduzierbarkeit.
Nutzern wie den Schweißexperten im Mechanisch-Technischen Zentrum bei Voestalpine kommen diese Geräteeigenschaften im Tagesgeschäft zugute. Jeder ausgebildete Schweißer kann bei entsprechender Berechtigung jederzeit auf die gespeicherten Daten zugreifen. Bei Bedarf liefern die Experten von Fronius die gewünschten Kennlinien, so dass eigene, zeitaufwändige Versuchsreihen entfallen.
Zeit sparend wirkt sich auch die automatische Kalottenbildung aus; statt wie üblich 90 s dauert sie lediglich eine Sekunde. Bei der üblichen Häufigkeit saldiert dies zu erheblichen Arbeitszeiteinsparungen sowie einem schnellen Return on Investment (ROI). Einen nächsten Pluspunkt für Effizienz bringt die RPI(Reversed Polarity Ignition)-Zündung ein. Sie stabilisiert und verkürzt den Zündvorgang deutlich.
Martin Poberer begeistert besonders die Möglichkeit, für Voestalpine eigene Kennlinien zu erstellen und zu speichern. In der digital errechneten Parameter-Konstellation des jeweiligen Bedingungsgefüges steckt die optimale Art, das hoch-leitfähige Kupfer schweißtechnisch zu beherrschen. So kommen Berufsanfänger ebenso wie alterfahrene Schweißer zu der Chance, sich zu profilieren. „Die Leistungsgrenze der Einschaltdauer haben wir bisher noch nicht einmal erreicht“, berichtet Poberer. „Auch bei 10 Stunden durchgängiger Reparatur an Hochstrom-Kupferrohren arbeitete das System einwandfrei. Zeit sparen wir auch bereits beim Einstellen der Jobs und Eingeben von Änderungen. Und im mobilen Betrieb beim Schweißen vor Ort sind wir mit der MagicWave 5000 hervorragend ausgerüstet.“ Perspektivisch will der Fachmann mehr Auftragsschweißen für temperaturbelastete Funktionsflächen auf Grauguss realisieren. Hier sieht er die Möglichkeit, das hochpreisige Chrom und Nickel mit günstigeren Kupferlegierungen (Messing, Mehrstoffbronzen) zu ersetzen.
Fronius International GmbH Tel. 0043(0)7242/2410 Fax 0043(0)7242/241267 www.fronius.com
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