Prozessstabilität von WIG-Schweissprozessen
- Degree programme: BSc in Maschinentechnik
- Author: Jari Johann Dweezil von Gunten
- Thesis advisor: Prof. Dr. Annette Kipka
- Expert: Dr. Peter Knobel
- Industrial partner: Wolfram Industrie GmbH Winterthur
- Year: 2020
Beim Wolfram-Inertgasschweissen (WIG) kann die Prozessstabilität durch äussere Faktoren beeinflusst werden und so die Reproduzierbarkeit des Schweissprozesses gefährden. Im Rahmen dieser Arbeit sollte geprüft werden, wie der Wassergehalt im Reinigungsmittel für die Vorbehandlung der Schweissnat sowie Sauerstoffverunreinigungen und Restfeuchte im Schutzgas die Prozessstabilität beeinflussen.
Ausgangslage
Die Firma Wolfram Industrie GmbH bietet neben vielen Produkten für den WIG-Schweissprozess auch Beratung für Firmen an, welche ihren Schweissprozess optimieren wollen. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Erhöhung der Prozessstabilität von WIG-Schweissprozessen geleistet werden, indem die Anlauffarben, die durch das Schweissen entstehen, analysiert werden. Die Entstehung von Anlauffarben steht im Zusammenhang mit Sauerstoffverunreinigungen im Schutzgas und möglicherweise auch mit unerwünschter Restfeuchte im Schutzgas und dem Wassergehalt im Reinigungsmittel (Isopropanol).
Ziel
Erhöhung der Prozessstabilität des WIG-Schweissprozesses und damit der Effizienz und Qualität der Schweissungen durch die systematische Untersuchung von Parametern wie Verunreinigungen im Schweissgas und Reinigungsmittelrückstände auf der Werkstückoberfläche.
Vorgehen
Der Zusammenhang zwischen Anlauffarben und den genannten, die Prozessstabilität negativ beeinflussenden Faktoren, wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Die Untersuchungen wurden an WIG-Schweisspunkten auf dem austenitischem Stahl 1.4044 vorgenommen. In einer Schweisskammer konnten Sauerstoffgehalt und Restfeuchte variiert werden. Die Proben wurden vor dem Schweissen mit Isopropanol mit unterschiedlichen Wassergehalten gereinigt. Je nach Versuchsparameter entstehen unterschiedliche Anlauffarben. Für die Auswertung wurde ein Programm geschrieben, welches die Anlauffarben erkennt und deren Flächenanteile bestimmt. Die Anzahl der Versuche wurde mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung nach dem Box-Behnken-Design festgelegt.
Ergebnisse
Das geschriebene Programm ermöglicht es, die qualitative, visuelle Beurteilung der Anlauffarben durch eine quantitative Beurteilung zu ersetzen und zu standardisieren. Abbildung 1 zeigt einen Schweisspunkt mit Anlauffarben vor und nach der Bildverarbeitung. Die Analysen haben ergeben, dass die Bildung von Anlauffarben erwartungsgemäss durch Sauerstoffverunreinigungen im Schutzgas gefördert wird. Wasseranteile im Reinigungsmittel hatten keinen messbaren Einfluss auf die Entstehung von Anlauffarben. Zum Einfluss der Restfeuchte können zurzeit keine Aussagen gemacht werden. Diese Untersuchungen können Gegenstand weiterer Untersuchungen mit verbessertem Versuchsaufbau sein.
