Transferprojekt T01 – Sonderforschungsbereich 1368: Sauerstofffreie Produktion

Ausgangslage

Das Hochfrequenzschweißen stellt für die Herstellung längsnahtgeschweißter Rohre und Profile eines der wesentlichen Fertigungsverfahren dar. Zur Erzeugung eines Rohres erfolgt zunächst die Einformung von Warmband oder Kaltband zu einem Schlitzrohr. Anschließend werden die Kanten des Schlitzrohres erwärmt und zur Herstellung des Stoffschlusses mittels Druckrollen ineinander gestaucht. Schweißnahtfehler in Form von oxidischen Einschlüssen stellen dabei ein wesentliches Fertigungsproblem dar.

Ziele

Hier setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Im Bereich der Aufheizstrecke soll eine Plasmabehandlungseinheit, ausgeführt als Plasmajet, unter zusätzlicher Einleitung reduzierender Schutzgasgemische wie Argon/Silan oder Argon/Wasserstoff zur Desoxidation der Bandkanten integriert werden. Das Plasma aktiviert die Gase und ermöglicht damit eine wirksame Desoxidation. Der Arbeitsgasstrom sorgt dabei für eine lokale XHV-adäquate Atmosphäre während des Schweißprozesses. Die Ausführung des Plasmas als dielektrische Barrierenentladung (DBD) verhindert die zusätzliche Einbringung thermischer Energie in den Prozess. Die Grundlagen für den Einsatz von DBDs zur Metall-Desoxidation in sauerstofffreier Atmosphäre wurden erfolgreich im Rahmen der ersten Förderperiode im Teilprojekt C01 im Labormaßstab entwickelt und werden dort und in anderen Teilprojekten des SFB zur Desoxidation eingesetzt.

Neben dieser Zielstellung sollen zudem die Auswirkungen auf den Schweißprozess detailliert analysiert werden. So existieren beim Hochfrequenzschweißen in Abhängigkeit der Energieeinbringung drei charakteristische Schweißspaltformen, wobei eine räumliche Trennung zwischen Bandkantenkonvergenz- und Schweißpunkt auftreten kann. Die Vorgänge im sich einstellenden Schweißspalt sind komplex. Vor allem die stochastisch auftretende Lichtbogenbrückenbildung am Konvergenzpunkt sowie der Schmelzbadauswurf im Schweißspalt durch die wirkenden elektromagnetischen Felder in Abhängigkeit der Lichtbogenfrequenz am Bandkantenkovergenzpunkt stellen Herausforderungen für die Prozessführung dar. Etwaige positive wie negative Einflüsse des Plasmas gilt es vollumfänglich zu untersuchen. Durch die Realisierung eines sauerstofffreien Fertigungsprozesses sollen beim Anwendungspartner die Schweißnahtqualitäten gesteigert, die Prozessausbeute erhöht und die Möglichkeit zur Erweiterung des Produktportfolios erreicht werden.