Neu definierte Grenze des
Lichtbogenschweissens

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Technologie CMT Advanced

Die Technologie CMT Advanced integriert erstmals die Polarität des Schweissstromes - kombiniert mit der reversierenden Drahtbewegung - in die Prozessregelung. Eine wesentliche Innovation besteht darin, dass der Polaritätswechsel während der Kurzschlussphase erfolgt. Weil im Kurzschluss kein Lichtbogen brennt, treten die sonst negativen Effekte nicht auf. Dies verhindert zum Beispiel Lichtbogenabrisse und daraus resultierende Prozessinstabilitäten vollständig. Zusätzlich kann das Messen und Regeln der Lichtbogenlänge «mechanisch» über die Drahtbewegung, das heisst unabhängig von der Lichtbogenspannung erfolgen. Äussere Störgrössen wie Oberflächenverunreinigungen spielen keine Rolle mehr.

Eine der beiden Varianten ist der CMT Advanced-Prozess. Der Anwender kann hier sowohl die Zahl der aufeinanderfolgenden positiven oder negativen Stromimpulse beziehungsweise -phasen beliebig einstellen (Bild 4). Bild 5 zeigt einen Prozessverlauf mit je zwei positiven und negativen CMT-Zyklen. Die positiven Phasen bestimmen in erster Linie den Einbrand und die Reinigungswirkung. Dagegen steigern die negativen Phasen bei gleichem Energieeintrag die Abschmelzleistung erheblich. Deshalb schmilzt bei identischer mittlerer elektrischer Schweissleistung eine minusgepolte Drahtelektrode eine deutlich grössere Drahtmenge, als die plusgepolte. Die Polarität wechselt zu Beginn des Kurzschlusses zwischen den beiden Prozessphasen. Zu diesem Zeitpunkt brennt kein Lichtbogen, weil der Zusatzwerkstoff Kontakt mit dem Schmelzbad hat. Die Folge: Zum Zeitpunkt des Polaritätswechsels ist eine extrem hohe Prozessstabilität gewährleistet.

CMT Puls Advanced

Die zweite Variante ist der CMT Puls Advanced-Prozess. Er stellt eine Kombination aus einer negativen CMT-Phase und einer positiven Impulsphase dar. Im Vergleich zu konventionellen AC (Alterating Current: Wechselstrom)-Prozessen trennt der CMT- Puls-Advanced-Prozess den Impulslichtbogen klar von der negativen Stromphase. Diese Prozessvariante besteht aus einer negativen CMT-Phase mit reversierender Drahtbewegung und einer Impulslichtbogenphase mit kontinuierlicher Drahtförderung (Bild 6). Die Einflüsse auf die Tropfenablöse in der Impulslichtbogenphase (positive Elektrodenpolung) infolge einer veränderlichen negativen Grundstromphase beim konventionellen AC-Prozess entfallen. Denn der in der negativen CMT-Phase gebildete Metalltropfen wird im darauf folgenden Kurzschluss sauber übergeben. In der Impulslichtbogenphase ist der Werkstoffübergang jedoch kurzschlussfrei. Deshalb sind Initialisierungsphasen erforderlich, um den Übergang zwischen den beiden Prozessphasen zu realisieren.

Mit CMT Pin den Metalltropfen beherrschen

Mit CMT Advanced eröffnen sich neben den schweisstechnischen und metallurgischen auch völlig neue Anwendungsmöglichkeiten. Der Schweisser kann beispielsweise «Pin-Geometrien» und «Pin-Strukturen» erzeugen, die bisher bestenfalls mit aufwändigen mechanischen Bearbeitungsverfahren und teilweise nur mit zusätzlichen Verbindungstechnologien erzielbar waren. Pins - Tropfen für Tropfen gezielt von der Elektrode abgeschmolzen - haben zum Beispiel einen Durchmesser von 0,8 Millimeter und eine Höhe von 4,0 Millimeter. Die CMT-Advanced-Technologie ist so exakt regelbar, dass auch noch die geometrische Ausbildung der Pin-Spitze wählbar ist: zylindrisch flach, kugelförmig oder kegelförmig spitz. Damit eröffnen sich völlig neue Anwendungen.

Metall und Kunststoff «verpinnen»

Vorbild ist aus der Natur das Prinzip «Klette»: Auf eine Metalloberfläche schweisst CMT Advanced die Pins mit kugelförmigen, den Pin-Schaftdurchmesser überkragenden Köpfen - ähnlich einer Stecknadel. Die erzeugte «Klettenfläche» dient als Kontakt- und Verbindungsbasis. Sie wird dann beispielsweise formschlüssig mit Kunststoff ausgegossen, der die Pins einschliesst. Die eingegossenen Kugelköpfe geben der Verbindung zusätzlichen kraftschlüssigen Halt gegen das Trennen beider Materialarten. Analog ist das Verbinden beziehungsweise Verpinnen von Metall mit Keramik denkbar. Das gilt auch für andere auf Metall giess-, press- oder anders auftragbare Werkstoffe.

Je nach Form der Pins, Art der Werkstoffe und den Rahmenbedingungen sind weitere Lösungen und Verbindungsarten machbar. Dazu gehören Verbindungen mit durch die Auflage gestossenen Pins und deren nachträglichem mechanischem Abflachen (Nieteffekt), lösbare «Verpinnungen» nach dem Vorbild der Klettverbindung oder dauerhafte Stahl-Beton-Verbünde. Völlig andere Pin-Anwendungen können bürstenartige Metalloberflächen, Anti-Slip-Oberflächen, Blindenschrift oder Kennzeichnungen sein.

Fazit

CMT Advanced ermöglicht mit gezielter Wahl der Polarität des Schweissstroms, Metall noch «kälter» zu fügen. Ausserdem hat die Technologie das Potential zu einer eigenen CMT-Pin-Technologie.

AutorDipl.-Ing. Gerd TrommerD-Gernsheim

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Schweisstec 2009: Halle 5, Stand 5407