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Mag-Schweißen

Das Mag-Schweißen gehört zu den Schutzgasschweißverfahren, wobei das Kürzel Mag für Metall-Aktiv-Gas steht. Diese Schweißart wird z. B. im Maschinenbau eingesetzt und eignet sich für Verbindungen mit unlegiertem, niedrig- und hochlegiertem  oder nichtrostenden Stahl.  Zu den Schutzgasen gehören Argon und Helium, gemischt mit Kohlendioxid oder Sauerstoff. Beim Mag-Schweißen  wird ein auf eine Spule aufgewickelter Schweißdraht aus Metall durch ein Drahtvorschubgerät oder eine Schweißpistole geführt und in einem Lichtbogen, der zwischen dieser Drahtelektrode  und dem Werkstück brennt,  geschmolzen.

Dabei  ist der Metalldraht nicht nur die stromführende Elektrode, sondern gleichzeitig auch der Schweißzusatzstoff, der nach dem Abschmelzen automatisch nachgeführt wird. Der für das Schweißen benötigte Strom  wird der Schweißpistole über eine Schweißstromquelle im Kontaktrohr zugeführt, der Lichtbogen wird durch eine Düse vor atmosphärischen Einflüssen geschützt, aus der Schutzgas ausströmt,  welches die Drahtelektrode umgibt.

Die aktiven Gase, die das Mag-Schweißen charakterisieren , sind aktiv an den Prozessen zwischen Lichtbogen und Schweißzusatzstoff beteiligt. Dies führt dazu, dass das Mag-Schweißen zu einem sehr sicheren Schweißverfahren mit großer Abschmelzleistung ist und eine sehr geringe Schlackenbildung aufweist. Daneben wird die Rauch- und Schadstoffentwicklung positiv beeinflusst und das Auftreten von Spritzern deutlich verringert. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine leichte Anpassung an Werkstoffe und Werkstoffdicken gegeben ist.

Die Oberfläche des Stahls muss hier sehr sauber sein. Wichtig beim Schweißen ist, dass alle Nähte Überlappnähte, bei denen die Werkstücke überlappend aufeinander liegen oder Kehlnähte, bei denen die Schweißnaht zwischen den beiden Werkstücken liegt, sind.  Durch den sehr hellen Lichtbogen der Schweißflamme ist daher neben geeigneter Schutzbekleidung ein guter Augenschutz unbedingt notwendig.

Maschinenachsen

Moderne Steuerungen verwalten und regeln bei Bedarf über 30 Achsen. Diese können dabei in mehrere virtuelle und voneinander unabhängige Maschinenteile aufgeteilt werden. Durch Verwendung dreier senkrecht aufeinander stehender Achsen X, Y und Z wird jeder Punkt im Bearbeitungsraum einer Werkzeugmaschine erreicht. Es sind mit dieser Methode alle nur denkbaren Bahnen interpolierbar, allerdings mit einer wichtigen Einschränkung, die am Beispiel einer Fräsmaschine besonders deutlich hervortritt: das rotierende Werkzeug steht immer senkrecht zum Kreuztisch. Technologisch höherwertige Bearbeitung kann etwa voraussetzen, dass der Fräser jeweils senkrecht auf der zu fräsenden Kontur stehen muss. Um beispielsweise eine Bohrung unter einem Winkel von 45° anzubringen, ist es erforderlich, das Werkstück oder das Werkzeug (oder beides) zu drehen. Viele moderne Maschinen bieten die Möglichkeit, den Maschinentisch zu drehen oder zu schwenken, um weitere Konturbearbeitungen zu ermöglichen. Diese Rotationsachsen werden je nach Anordnung auf der Maschine (nach DIN 66217) mit den Buchstaben A, B und C bezeichnet: A rotierend um die X-Achse, B um die Y-Achse und C um die Z-Achse. Während bei älteren oder einfachen Maschinen diese Achsen nur gesteuert oder sogar nur geschaltet werden, regeln und interpolieren die Steuerungen der Bearbeitungszentren sie heute mit. So wird etwa mit 5-Achs-Bearbeitung von Fräsmaschinen hervorragende Oberflächenqualität erzielt. Des Weiteren können noch lineare Parallelachsen zu X, Y und Z real konfiguriert oder virtuell erzeugt werden, die dann mit U, V, W bezeichnet werden. Eine Anwendung für das virtuelle UVW-Dreibein ist das virtuelle Schwenken der Bearbeitungsebene zur Vereinfachung einer Bearbeitung auf einer Fläche, welche schräg zum Kreuztisch liegt. Alle Achs-Richtungen können mehrfach an einer Werkzeugmaschine vorkommen und erhalten dann zur Unterscheidung Indizes oder weitere, von der jeweiligen Syntax der NC-Sprache zugelassene Bezeichner. Zum Beispiel existieren bei einer Portalfräsmaschine mit einem Gantry-Antrieb in X eine X-Achse und eine X1-Achse. CNC-Drehmaschinen besitzen als Hauptachsen nur die X- und Z-Achse. Ist die Antriebsspindel auch als Rotationsachse programmierbar, wird sie zu einer C-Achse. Auch selbst angetriebene Werkzeuge sind denkbar, die dann eigene Achsenbezeichnungen erhalten, zum Beispiel W-Achse.

Maschinenrahmen, Wasserstrahlscheidanlage

Der Maschinenrahmen, der meist aus Stahlrohr unterschiedlichen Formats zusammengebaut wird, trägt die einzelnen Achsen der Maschine. Dabei werden die Führungen bei hochwertigen Maschinen spannungsarm geglüht, gefräst, geschliffen oder geschabt. Danach wird mittels eines Laserinterferometers die Geradheit des Rahmens und der Führungsbahnen geprüft. Die Ausrichtung des Rahmens erfolgt über Fixatoren oder Dübelelemente.

Standardbauform beim Wasserstrahlschneiden ist die sogenannte Portalbauweise (als Flachbett für Standardaufgaben oder als Hochportalanlage für Werkstücke mit extremen Abmessungen), an dem zwei Achsen ohne Verbindung den Querbalken tragen. Mit diesen Typen lassen sich fast beliebig große Maschinen realisieren (Spannweiten des Portals bis etwa 5000 mm). Bei Portalmaschinen fahren die beiden Führungsachsen in einem sogenannten Gantry-Verbund, und sind somit über die CNC-Steuerung gekoppelt (zwei Achsen verhalten sich wie eine einzige).

Neben dem Portal existiert noch die Konstruktionsvariante als Kragarm, bei der der Querbalken nur einseitig geführt wird. Diese Bauform ist zwar in der Herstellung günstiger und hat einen Vorteil aufgrund der besonders guten Zugänglichkeit von drei Seiten zum Schneidbereich. Sie ist aber technisch der Portalbauweise unterlegen und für das Präzisionsschneiden weniger geeignet, weil die Kragarmbauweise grundsätzlich zum Schwingen neigt.

Mig-Schweißen

Das Mig-Schweißen gehört zu den Metallschutzgasschweißverfahren, wobei das Kürzel Mig für Metall-Inertgas steht. Beim Mig-Schweißen finden nur inerte Schutzgase Verwendung. Zwischen dem Schweißdraht aus Metall und dem Werkstück  brennt ein Lichterbogen, in dem der Draht schmilzt. Der Schweißdraht erfüllt hierbei zwei Funktionen, zum einen dient er als stromführende Elektrode, zum anderen ist er der Schweißzusatzstoff.  Der Draht ist auf einer Spule aufgewickelt und wird durch eine Schweißpistole oder ein Drahtvorschubgerät geführt und während des Abschmelzens kontinuierlich herbeigeführt.

Zum Schutze des Lichtbogens und der Schweißnaht vor atmosphärischen Einflüssen,  z. B. Luftsauerstoff, treten dann aus einer Düse die verwendeten, inerten Schutzgase Argon, Helium oder ein Gemisch daraus aus und umgeben die Drahtelektrode.   Es muss aber unbedingt eingehalten werden, dass der Schutzgas-Volumenstrom bei zehn Litern pro Minute pro Millimeter Drahtdurchmesser  liegt. Dieses Verfahren wird hauptsächlich im Anlagen- und Apparatebau verwendet.

Zu den Werkstoffen hier gehören Sonderlegierungen, hochlegierter und niedriglegierter Stahl sowie auch Aluminium.

Der Vorteil in diesem Verfahren besteht hier aus:

  • sehr guter Schutz der Schweißnaht vor Sauerstoff
  • saubere Schweißnaht
  • gute Abstimmungsmöglichkeit von Draht und Schutzgas auf den Werkstoff

 

Dieses Verfahren ist u. a. auch eine sehr schnelle und produktive Schweißart, die keine oder nur eine minimale Nacharbeit erfordert und sich so durch einen geringen Verzug auszeichnet. Der Schweißverzug entsteht durch die Ausdehnung des Werkstoffes durch die Wärmeeinwirkung, was bedeutet, dass sich die Form des Werkstückes  an der Schweißstelle verzieht, wobei sich diese Ausdehnung nach dem Abkühlen nicht zurückbildet. Der Nachteil ist nur hierbei, dass die Oberflächen sehr sauber sein müssen.

Modularität

Die Aufteilung eines Ganzen in Teile, die als Module, Bauelemente oder Bausteine bezeichnet werden.

MSG-Schweißen

Gleicht dem teilmechanischem  Metallschutzgasschweißen wie Mig und Mag.
Hier ist es nur ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Der Schweißdrahtdurchmesser liegt hier bei etwa 0,8 und 1,2 mm (seltener 1,6 mm). Gleichzeitig mit dem Drahtvorschub wird der Schweißstelle über eine Düse das Schutz- oder Mischgas  mit ca. 101/Min.  (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 101/min pro mm Schweißdrahtdurchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde.
Wahlweise können hier auch Fülldrähte (Röhrchendrähte) eingesetzt werden. Diese können im Inneren mit einem Schlackebildner und ggf. Legierungszusätzen versehen sein. Sie dienen dem gleichen Zweck wie die Umhüllungen der Stabelektrode. Einerseits tragen die Inhaltsstoffe zum Schweißvolumen bei, andererseits bilden sie eine Schlacke auf der Schweißraupe und schützen die Naht vor Oxidation. Letzteres ist vor allem beim Schweißen von Edelstählen wichtig, da die Oxidation, das Anlaufen der Naht auch nach dem Weiterführen des Brenners und damit dem Weiterführen der Schutzgasglocke verhindert werden muss.

Dieses Verfahren wurde erstmals 1948 in den USA in der Edelgas-Variante angewandt, damals wurde es auch als SIGMA-Schweißen bezeichnet. In der Sowjetunion wurde ab 1953 anstelle der teuren Edelgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen verwendet, nämlich Kohlendioxid. Dies war nur möglich,  weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die den beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen ausgleichen. In Österreich wurde bis 2005 das CMT-Schweißen serientauglich entwickelt, bei dem der Schweißstrom gepulst wird und Zusatzdraht mit hoher Frequenz vor- und zurückbewegt wird, um eine gezielte Tropfenablösung bei geringer Wärmeeinbringung zu erreichen.