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Lichtbogenverfahren

Schutzgasschweißen

Beim Schutzgasschweißen schützt das Gas die Schweißstelle vor den Einwirkungen der atmosphärischen Luft. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Schutzgase sind die Ionisierungsenergie, die Wärmeleitfähigkeit und das chemische Reaktionsverhalten.

Die Ionisierungsenergie ist die Energiemenge, die nötig ist, um ein Elektron von einem Atom zu lösen und damit den Lichtbogen elektrisch leitfähig zu machen. Ist die Ionisierungsenergie gering, lässt sich der Lichtbogen leicht zünden und brennt stabil. Die Ionisierungsenergie, die verbraucht wird, um ein Elektron herauszulösen, wird am Werkstück durch Rekombination mit einem Elektron freigesetzt. Diese Energie steht dann für den Schweißprozess zur Verfügung. Gase, die aufgrund ihrer geringen Ionisierungsenergie einen stabilen Lichtbogen erzeugen, übertragen auf der anderen Seite die Energie nicht so gut auf das Werkstück.

Ein anderer Mechanismus der Energieübertragung ist die Wärmeleitung, die selbstverständlich von der Wärmeleitfähigkeit der Gase abhängt. Das chemische Verhalten der Gase unterteilt sich aus schweißtechnischer Sicht in inert, oxidierend oder reduzierend. Bei oxidierenden Gasen entsteht ein Abbrand von Legierungselementen, der jedoch bei richtiger Gaseauswahl in der Regel zu vernachlässigen ist.

Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen Metall- und Wolfram-Schutzgasschweißen. Beim Metall-Schutzgasschweißen (MSG-Wechselstrom- bzw. MSG-Hochleistungs-Schweißen) werden abschmelzende Drahtelektroden als Zusatzwerkstoff verwendet. Das Verfahren unterscheidet sich nach Art des verwendeten Gases in Metall-Aktivgas- (MAG) und Metall-Inertgas- (MIG) Schweißen. Im Gegensatz zur abschmelzenden Elektrode beim Metall-Schutzgasschweißen wird beim Wolfram-Schutzgasschweißen mit einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode gearbeitet. Dieses Verfahren wird ebenfalls in zwei Arten unterteilt: in Wolfram-Inertgas- (WIG) Schweißen und Wolfram-Plasma- (WP) Schweißen.

MAG und MIG - gleiches Verfahrensprinzip?

Das Verfahrensprinzip ist für das MAG- und das MIG-Schweißen identisch. Der Lichtbogen brennt zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück. Die Drahtelektrode bildet den Schweißzusatz. Sie wird durch ein Drahtvorschubgerät dem Werkstück zugeführt. Durch Widerstands- und Lichtbogenerwärmung schmilzt sie ab. Das Schutzgas strömt aus einer die Elektrode umgebenden Düse und schützt so den Lichtbogen und das Schmelzbad vor der atmosphärischen Luft. Gebräuchliche Drahtelektroden haben einen Durchmesser von 0,8 – 1,6 mm.

Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Verfahren)

Beim MAG-Schweißen kommen aktive Gase zum Einsatz, die eine chemische Reaktion im Schweißgut bewirken. Dabei kann es sich sowohl um Kohlendioxid (MAGC) als auch um Mischgase (MAGM) handeln. Das MAGC-Verfahren ist jedoch mit großem Spritzerauswurf und eingeschränkter Schweißleistung verbunden. In der Praxis durchgesetzt hat sich deshalb das MAGM-Verfahren. Das Verfahren zeichnet sich durch sehr hohe Abschmelzleistung aus.

Einsetzbare Schutzgasgemische

  • Argon/Sauerstoff
  • Argon/Kohlendioxid
  • Argon/Kohlendioxid/Helium  (z.B. Sagox® 3K)
  • Argon/Kohlendioxid/Sauerstoff (z.B. Sagox® 3, Sagox@7 S)
  • Argon/Kohlendioxid/Sauerstoff/Helium (z.B. Sagox® SC)
  • Argon/Kohlendioxid/Wasserstoff/Helium (z.B. Sagox® HC)

Werkstoffe/Anwendungsbereiche

  • Unlegierte Stähle
  • Niedriglegierte Stähle
  • Hochlegierte Stähle

 

 

Metall-Inertgas-Verfahren (MIG-Verfahren)

Beim MIG-Schweißen werden die Edelgase Argon und Helium und deren Gemische verwendet. Diese reagieren nicht mit den Grund- und Zusatzwerkstoffen. Deshalb wird das Verfahren vorzugsweise beim Schweißen von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Titan und anderen Nichteisenmetallen eingesetzt.

Einsetzbare Schutzgase

  • Argon
  • Helium

Werkstoffe/Anwendungsbereiche

  • Aluminium
  • Kupfer
  • Titan
  • andere Nichteisenmetalle

Geringe Zusätze im Schutzgas verbessern die Stabilität des Lichtbogens und erhöhen die Schweißleistung

Einsetzbare Schutzgase

  • Argonox
  • Argon He 11®
  • Argon He 31
  • Argon He 51

Werkstoffe/Anwendungsbereiche

  • Aluminium

 

 

Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen)

Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück. Ein inertes Gas umgibt die Elektrode und schützt Elektrode sowie Werkstück vor der Luft.

Als inerte Gase werden Argon und Helium sowie deren Gemische eingesetzt.

Verfahren

Einsetzbare Schutzgase

Werkstoffe/ Anwendungsbereiche

Wolfram-Inertgasschweißen

  • Argon
  • Helium
  • Argon/Helium-Gemische
  • alle schweißbaren Werkstoffe

Gleichstromschweißen von hochlegiertem Stahl zur Senkung
des Delta-Ferrit-Anteils

  • Deltatig 2
  • Deltatig 3
  • Deltatig H2
  • hochlegierte Stähle

Wechselstromschweißen
von Aluminium

  • Argonox
  • Argon He 11®
  • Argon He 31
  • Argon He 51

MSG-Löten

Beim MSG-Löten wird als Zusatzwerkstoff ein Lot verwendet. Es können die gleichen Anlagen wie für das MSG-Schweißen eingesetzt werden.

Gase zum MSG-Löten

  • Argon 4.6
  • Argon S1
  • Argon S2
  • Argon S3
  • Sagox® 2 K

MSG-Wechselstromschweißen

Noch relativ neu ist das MSG-Wechselstromschweißen, das insbesondere beim Schweißen dünner Bleche hervorragende Ergebnisse erzielt: Durch den Wechsel in den negativen Strombereich wird mehr Energie zum Aufschmelzen der Drahtelektrode genutzt. So kann im Vergleich zum Gleichstromschweißen mehr Draht bei gleicher Stromstärke abgeschmolzen werden. Das verhindert das Durchbrennen bei dünnen Werkstoffen.

Eingesetzt wird das Wechselstromschweißen sowohl für un- und hochlegierte Stähle als auch für Aluminium. Perfekt abgestimmte Schutzgase wirken auch hier optimierend – zum Beispiel Argon He® 11 für die Bearbeitung von Aluminium und seinen Legierungen.

MSG-Hochleistungsschweißen

Eine weitere Form des MSG-Schweißens ist das MSG-Hochleistungsschweißen. Dieser Begriff ist ab einem Drahtvorschub von 15 Metern pro Minute gebräuchlich. Das MSG-Hochleistungsschweißen ist Resultat der Weiterentwicklung von Stromquellen und Schutzgasgemischen: So werden Abschmelzleistungen erreicht, die mit etwa 20 kg/h rund doppelt so hoch liegen wie bisher üblich.

Plasmaschweißen

Beim Plasmaschweißen schnürt eine Kupferdüse den Lichtbogen ein, der zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück brennt.

Einsetzbare Schutzgase:

  • Argon
  • Helium
  • Argon/Helium-Gemische
  • Argon/Wasserstoff-Gemische

Werkstoffe/Anwendungsbereiche:

  • Behälterbau
  • Apparatebau

Plasmaschneiden

Beim Plasmaschneiden unterscheidet man zwischen Brenn-, Schmelz- und Sublimierschneiden. Beim Brennschneiden wird das Werkstück mit Hilfe von Sauerstoff geschnitten. Die Verbrennung erzeugt zusätzliche Energie, so dass die Schnittgeschwindigkeit höher liegt.

Das Schmelzschneiden wird für Metalle eingesetzt, die die Schmelztemperatur vor der Zündtemperatur erreichen und somit nicht brennschneidbar sind. Hierbei wird das zu schneidende Material geschmolzen und mit einem Gasstrahl aus der Fuge getrieben. Das Sublimierschneiden spielt in der Metallverarbeitung nur eine untergeordnete Rolle. Das Material wird hierbei verdampft.

Formieren

Formieren bezeichnet das Umspülen der Schweißnahtwurzel und der Wärmeeinflußzone mit Schutzgasen. Aufgabe der Gase ist es, die sauerstoffhaltige Atmosphäre zu verdrängen und eine hochwertige Oberfläche zu erzielen. Dazu werden inerte Gase wie Argon oder reaktionsträge Gase wie Stickstoff sowie Gemische aus Stickstoff und Wasserstoff (Formiergase nach DIN EN ISO 14175) oder Argon und Wasserstoff eingesetzt.

Die Wahl des Schutzgases hängt ab von den Werkstoffen, den Bauteilformen, der Art der Gaszuführung und den Schweißbedingungen. Besonders vielseitig kann Argon 4.6/4.8 zum Formieren genutzt werden.

Im Prinzip kann sich bei jedem Schutzgas-Schweißverfahren die Notwendigkeit des Formierens ergeben. In der Praxis findet es jedoch überwiegend beim WIG-Schweißen Anwendung.

Einsetzbare Schutzgase:

  • Argon
  • Argon/Wasserstoff-Gemische
  • Stickstoff
  • Stickstoff/Wasserstoff-Gemische

Werkstoffe/Anwendungsbereiche:

  • Apparatebau
  • Rohrleitungsbau
  • Kesselbau