Komplexe Formen – schnelle Nähte

Auch wenn Elektrofahrzeuge immer beliebter werden: Analysten rechnen damit, dass auch bis 2025 noch mehr als zwei Drittel aller verkauften Autos von Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Grund genug, sich darüber Gedanken zu machen, wie diese am besten geschweißt werden.

21. Oktober 2019
Komplexe Formen – schnelle Nähte
Spaltüberbrückbarkeit, verlässlicher Einbrand und Geschwindigkeit – diesen Anforderungen muss der Schweißprozess beim Fügen von Abgaskrümmern genügen. (Bild: Fronius)

Abgassysteme leiten Verbrennungsgase aus dem Motor ab und reinigen diese. Dabei müssen sie hohen Temperaturen und Korrosion standhalten. Die Anforderungen an die einzelnen Komponenten bestimmen, aus welchem Werkstoff sie gefertigt werden.

Automatisiertes MAG-Schweißen ist der Prozess, der am häufigsten beim Fügen von Abgaskomponenten eingesetzt wird. Der Abgaskrümmer stellt hohe Anforderungen an den Schweißprozess: Die engen Bauteilradien zwingen den Roboter, die Schweißgeschwindigkeit zu reduzieren. Trotzdem darf nicht zu viel Energie ins Bauteil gelenkt werden, und der Schweißprozess muss stabil und reproduzierbar bleiben.

Elektronik schafft neue Möglichkeiten

So wie der Abgaskrümmer bergen auch andere Komponenten ihre Tücken. Die Art und Dicke des Materials richten sich nach den Anforderungen an die jeweilige Bauteilgruppe – daher muss auch der Schweißprozess an die entsprechende Komponente angepasst sein. Fronius hat verschiedene Prozessregelvarianten zum MAG-Schweißen im Portfolio, die es ermöglichen, die komplexen Bauteile durchgängig zu schweißen. Dank der Hochleistungselektronik moderner Schweißstromquellen können Anwender den Lichtbogen kontrolliert beeinflussen und erhalten so optimale Ergebnisse.

Der Modus ›Low Spatter Control‹ (LSC) ist besonders gut für das Schweißen von Abgaskomponenten geeignet. Er basiert auf dem Kurzlichtbogen, ist energiereduziert und spritzerarm. Erreicht wird das, indem das Schweißsystem den Kurzschlussfall präzise kontrolliert: Die Stromquelle erkennt exakt die Annäherung der Drahtelektrode an das Schmelzbad und steuert die Ablösung des Tropfens in das Schmelzbad so, dass sie bei geringer Leistung erfolgt. Dadurch ist der Wärmeeintrag ins Bauteil gering und es entstehen fast keine Spritzer. Das ist ideal für das Fügen geringer Wanddicken und variierender Fugen-Geometrien – wie etwa beim Abgaskrümmer. Außerdem sorgt LSC für hohe Stabilität bei den schwierigen Umorientierungen des Brenners und somit für hohe Schweißgeschwindigkeiten.

Eine weitere Prozessvariante ist ›Pulse Multi Control‹ (PMC). Dieser modifizierte Impulslichtbogenprozess zeichnet sich durch eine fein geregelte und spritzerarme Tropfenablöse aus. PMC erzeugt einen kraftvollen, stabilen Lichtbogen und bietet etwa in Zwangspositionen hohe Abschmelzleistungen und eine gute Beherrschbarkeit des Schmelzbades. Anwender können damit Unregelmäßigkeiten wie Einbrandkerben vermeiden und stabil und reproduzierbar schweißen.

Die Variante eignet sich für toleranzbehaftete Bauteile mit starken Wanddickensprüngen – Bedingungen, die auf viele Abgaskomponenten zutreffen. PMC sorgt hier für eine ausreichende Einbrandtiefe und eine gute Spaltüberbrückung. Automobilzulieferer setzen das Verfahren häufig zum Schweißen von Abgaskrümmern ein. In der Praxis ermöglicht PMC höhere Schweißgeschwindigkeiten und eine gesteigerte Produktivität.

Höher, weiter, dünner

Künftige Herausforderungen in der Automobilindustrie könnten jedoch auch andere Prozessvarianten in den Fokus rücken. Ein wichtiger Trend ist die Entwicklung immer leichterer Fahrzeuge: Das geringere Gewicht vermindert den Treibstoffverbrauch. Das hat auch Auswirkungen auf die Bauweise von Abgaskomponenten. Die verwendeten, temperaturbeständigen Grund- und Zusatzwerkstoffe ermöglichen, dass Bauteile aus immer dünnerem Material gefertigt werden.

Bauteile mit Wanddicken von 0,8 Millimetern könnten daher zum Regelfall werden. Hier kommt das CMT-Verfahren zum Einsatz. Der Prozess kombiniert einen geregelten Kurzlichtbogen mit einer Drahtelektrode, die sich vor und zurück bewegt. Das Ergebnis: ein geringer Wärmeeintrag und ein stabiler Schweißprozess, mit dem Anwender beim Fügen sehr dünner Bauteile optimale Ergebnisse erzielen.