FT_03

Das Schutzgas besitzt keine Lichtbogenstabilisatoren in Form leicht ionisierbarer
Metallverbindungen wie z.B. das Schweißpulver beim UP-Schweißen. Wegen der
geringen Restionisation der Lichtbogenstrecke ist eine selbstständige Neuzündung
des Lichtbogens nach dem Erlöschen beim Nulldurchgang der Spannung nicht
sichergestellt. Die für die kontaktlose Neuzündung erforderliche Ionisation der
Lichtbogenstrecke zwischen Elektrode und Werkstück wird durch hochfrequente
Hochspannungsimpulse nach jedem Nulldurchgang realisiert.

Die thermische Elektrodenbelastung ist an der Form der Elektrodenspitze zu
erkennen. Während das normalbelastete, negativ gepolte Elektrodenende spitzkegelig
(Spitzenwinkel ca. 10°) ausgebildet ist, ergibt sich beim Wechselstromschweißen
(höhere thermische Belastung durch positive Halbwellenanteile) eine abgeflachte
Elektrodenspitze. Bei einer thermisch überlasteten Elektrode bildet sich die Spitze
halbkugelförmig aus, was zu einer stärkeren Auffächerung des Lichtbogens und damit
zu breiteren Schweißnähten mit geringerem Einbrand führt.

Mit dem WIG-Verfahren lassen sich alle schmelzschweißbaren Werkstoffe verbinden,
aus Wirtschaftlichkeitsgründen vor allem im Blechdickenbereich unter 5 mm. Das
Verfahren ist darüber hinaus prädestiniert zum Schweißen von Wurzellagen ohne
Badabstützung.

Werkstoffe:
Stähle, besonders hochlegierte
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Kupfer und Kupferlegierungen
Nickel und Nickellegierungen
Titan
Zirkon
Tantal
Werkstückdicken:
0,5 - 5,0 mm
Nahtarten:
I-, V-, Bördel-, Kehlnähte
alle Positionen
Auftragschweißungen
Anwendungsbeispiele:
Einschweißung von Rohren in Rohrböden
Orbitalschweißungen
Wurzelschweißungen

Zum Verschweißen kleiner Rohrdurchmesser können Orbital-Handschweißzangen mit
austauschbaren Spanneinsätzen eingesetzt werden.

Beim Schweißen von Rundnähten an nicht drehbaren Rohren kommt das WIGOrbitalschweißen zum Einsatz. Der Schweißbrenner umfährt das Rohr, d. h. es wird
in den Positionen Wannenlage, fallend, über Kopf, steigend und Zwischenlagen
geschweißt. Außerdem muss eine fehlerfreie Nahtüberlappung erzielt werden.
Orbitalschweißanlagen sind mit einer Ablaufsteuerung ausgestattet, die jeweils
optimale Verfahrensparameter vorgibt.

a

Als Plasma wird ein Gas bezeichnet, das durch hohe Energiezufuhr (durch
Wärme/Strahlung/elektr. Entladungen…) in einen elektrisch leitenden Zustand
gebracht wurde.

Das Plasma besteht aus neutralen Teilchen (Atome, Moleküle) sowie
aus Ionen und freien Elektronen.

In der Schweißtechnik wird vom Plasmaschweißen
gesprochen, wenn der Lichtbogen nicht frei brennt, sondern von einer
wassergekühlten Kupferdüse eingeschnürt wird.

Aus physikalischer Sicht ist allerdings jeder Schweißlichtbogen ein Plasma. Beim Plasmastrahlschweißen brennt der Lichtbogen zwischen der Wolframelektrode (- Pol) und der Plasmagasdüse (+ Pol) innerhalb des Brenners. Dieser wird als nicht übertragener Licht-bogen bezeichnet.
Das vorbeiströmende Plasmagas wird aufgeheizt und in Form eines hell leuchtenden
Plasmastrahls aus der Düse ausgeblasen. Aufgrund der vergleichsweise geringen
Energieeinbringung wird das Plasmastrahlschweißen hauptsächlich beim
Metallspritzen und für das Schweißen von Metallfolien eingesetzt.

Beim Plasmaschweißen brennt der Lichtbogen nicht zwischen der
Wolframelektrode (- Pol) und dem Werkstück (+ Pol). Dieser Lichtbogen wird
"nicht-übertragener" Lichtbogen genannt.

Beim Plasmalichtbogenschweißen brennt der Lichtbogen zwischen der
Wolframelektrode (- Pol) und dem Werkstück (+ Pol). Dieser Lichtbogen wird
"übertragener" Licht-bo-gen ge-nannt.

Werstück auch an Strom angeschlossen!

Die angegebene Polung wird für Stähle,
Nickel-, Kupferwerk-stoffe u.ä. eingesetzt. Aluminium, Magnesium etc. werden wie
beim WIG-Schweißen mit Wechselstrom geschweißt, bei geringen Stromstärken oder
mit speziell konstruierten Brennern auch mit Pluspolung an der Elektrode.

Die gekühlte
Kupferdüse schnürt den Lichtbogen ein. Die Einschnürung kann durch einen
zusätzlichen Fokussier-gas-strom oder durch die Verwendung einer Bypass-Bohrung
verstärkt werden. Die starke Bündelung des Lichtbogens und die Plasmagasströmung
führen zu einer sehr hohen Energiedichte im Lichtbogen und einer deutlich
konzentrierteren Wärmeeinbringung als beim WIG-Schweißen. Dies ermöglicht die
Ausnutzung des "Stichlocheffekts". Das Plasmalichtbogenschweißen wird
hauptsächlich zum Verbindungsschweißen eingesetzt.

Beim Plasmalichtbogenschweißen über 2,5 mm Blechdicke wird der sogenannte
"Stichlocheffekt" ausgenutzt.

Dabei wird die mit dem übertragenen Schweißlichtbogen so viel Energie zugeführt, dass der Werkstoff in seiner ganzen Tiefe aufschmilzt und sich eine Schweißöse bildet.

Der Plasmastrahl muss an der Werkstückunterseite frei austreten können. Beim Schweißen bewegt sich der Plasmastrahl mit der Schweißöse an den Stoßkanten entlang. Hinter dem
Plasmastrahl fließt das geschmolzene Metall infolge der Oberflächenspannung des
Schmelzbads und des Dampfdrucks in der Schweißöse wieder zusammen und bildet
so die Schweißnaht.

Mit dem Stichlochschweißen ist es möglich, Werkstoffe von bis zu 10 mm Dicke in einer Lage zu verschweißen.

Das Stichlochschweißen von Hand ist nicht zu empfehlen, da schon kleinere Änderungen der Brennervorschubgeschwindigkeit zu Unregelmäßigkeiten bei der Stichlochbildung führen.

Das Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschweißen stellt eine Kombination aus den
beiden vorgenannten Verfahren dar. Es werden dabei zwei Stromquellen verwendet.
Diese Verfahrensvariante wird beim Mikroplasmaschweißen, beim
Plasmapulverauftragschweißen und beim Verbindungsschweißen an Aluminium
eingesetzt.

Die Plasmaschweißanlage umfasst neben dem wassergekühlten Schweißbrenner
eine in den meisten Fällen getrennte Gasversorgung für Plasmagas (zumeist Ar) und
Schutzgas (Ar/H2-, Ar/He-Gemisch oder Ar).

Die Einschnürung des Plasma-lichtbogens durch die Kupferanode und ggf. einen
zusätzlichen Fokussiergasstrom (hier nicht dargestellt) führt zu einer konzentrierteren
Wärmeeinbringung und einem tieferen Einbrand bzw. einer größeren
Schweißgeschwindigkeit im Vergleich zum WIG-Schweißen.

Wärmebeeinflussung und Verzug sind geringer.

Der Plasmalichtbogen brennt stabiler und wird z.B. an Werkstückkanten nicht so leicht abgelenkt. Aufgrund der nahezu zylindrischen Lichtbogenform wirken sich Abstandsänderungen zwischen Brenner und Werkstück nicht so stark auf die Einbrandform aus. Die Anforderungen an die Nahtvorbereitung sind allerdings größer als beim WIG-Schweißen

Der WIG-Lichtbogen ist kegel- bzw. glockenförmig ausgebildet und hat einen
Öffnungswinkel von ca. 45°. Der Plasmalichtbogen dagegen brennt sehr konzentriert
mit fast parallelen Flanken.

Das Schutzgas hat beim Plasmaschweißen aufgrund seiner thermi-schen Leitfähigkeit
einen entscheidenden Einfluss auf die Lichtbogenausbildung. Die Verwendung
eines Argon-Wasserstoff-Gemischs verstärkt die vielfach erwünschte zylindrische
Lichtbogenausbildung.

a

 der Schweißlichtbogen brennt zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück bzw. beim Plasmastrahlschweißen zwischen Wolframelektrode und einer spannungsführenden Kupferelektrode innerhalb des Brenners. Als Schutzgase kommen ausschließlich Inertgase (Ar, He) in Frage.

Beim WIGSchweißen brennt der Lichtbogen frei zwischen Elektrode und Werkstück.
Die Elektrode ist üblicherweise negativ gepolt (Ausnahmen: Aluminium, Magnesium etc.),
da die thermische Belastung der Elektrode bei dieser Polungsart geringer ist.
Das WIG-Schweißen kann mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt werden.
Wenn Zusatzwerkstoff verwendet wird, wird dieser entweder manuell (Stabform) oder
maschinell (Drahtspule) zugeführt. Ein wesentlicher Vorteil des WIG-Schweißens
gegenüber Verfahren wie dem MSG-Schweißen ist die Tatsache, dass die
Energieeinbringung weitgehend unabhängig von der Menge des eingebrachten
Zusatzwerkstoffs is

Wolfram - Inertgasschweißen

1. Kathodenfallgebiet
2. Licht-bogen
3. Anodenfallgebiet

Im Bereich des Kathodenfalls ist auf einer Strecke von 10-4 mm fast 50% des
Gesamtspannungsabfalls zu verzeichnen. Eine ähnlich große Spannung fällt im
Bereich des Anodenfalls ab; hier allerdings auf einer Strecke von 0,5 mm. Der
Spannungsabfall auf der restlichen Lichtbogenstrecke ist im Vergleich hierzu gering.
Der Hauptenergieumsatz findet dementsprechend im Bereich des Anoden- und
Kathodenfallgebiets statt.

UA und UK sind hier unterschiedlich groß, der
Poten-tialverlauf im Lichtbogen ist nicht exakt linear. Eine Ausdehnung von Kathodenund
Anodenfallgebiet ist nicht erkennbar.

Je nach Wahl des Schutzgases ergeben sich unterschiedliche Lichtbogenkennlinien.

Da Helium gegen-über Argon ein höheres Ionisationspotential aufweist, ist für Helium
eine höhere Lichtbogenspannung erforderlich, um das Gas in den Plasmazustand zu
versetzen. Dementsprechend besitzt Helium bei der Lichtbogenzündung schlechtere
Zündeigenschaften, ermöglicht durch die größere Wärmemenge im Heliumlichtbogen
allerdings auch eine höhere Schweißgeschwindigkeit.

a

Beim WIG-Schweißen können ledig-lich ca. 30% der eingebrachten elektrischen
Energie zum Aufschmelzen des Grundwerkstoffs genutzt werden. Die Verluste
entstehen durch Lichtbogenstrahlung und Wärmeableitung im Werkstück sowie durch
den Wärmeumsatz in der Wolframelektrode.

Die Norm enthält zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Beschreibung
der Festigkeitseigenschaften und der Kerbschlagarbeit des mit Stäben oder Drähten
hergestellten, reinen Schweißgutes:

System A: Einteilung nach Streckgrenze und durchschnittlicher Kerbschlagarbeit
von 47 J
System B: Einteilung nach Zugfestigkeit und durchschnittlicher Kerbschlagarbeit von 27J

Der Bezeichnung nach System A ist Folgendes zu entnehmen: Das Schweißgut wurde
mit dem WIG-Schweißen (W) unter Verwen-dung eines W3Si1-Schweißstabs
hergestellt. Mindeststreckgrenze: 460 MPa (46), durchschn. Mindestkerbschlagarbeit
47 J bei ‑30 °C (3), Der Mindeststreckgrenze sind eine Zugfestigkeit von 530-680 MPa
und eine Bruchdehnung von 20 % zugeordnet.

Die Bezeichnung nach System B ist vom Aufbau her ähnlich: Ein mit dem WIGSchweißen
(W) und dem Draht W3 hergestelltes Schweißgut besitzt eine
Mindestzugfestigkeit von 550 MPa (55) und eine durchschn. Mindestkerbschlagarbeit
von 27 J bei -30 °C (3) im Schweißzustand (Buchstabe A für Schweißzustand;
alternativ P – wärmebehandelter Zustand).
Die Einteilung nach System A wird eher im europäischen Raum, die nach System B
eher im Pazifikraum angewendet.
Es ist zu beachten, dass sich die für diese Einteilungen (A und B) verwendeten
mechanischtechnologischen Werte auf das reine Schweißgut beziehen. Sie können
demzufolge von den Werten, die an Fertigungsschweißungen entstehen, abweichen.

a

Es wird dabei zwischen reinen Wolframelektroden und solchen mit Oxidzusätzen unterschieden.

Die Oxidzusätze verringern die Elektronenaustrittsarbeit und damit die erforderliche Stromdichte für einen stabil brennenden Lichtbogen. Dies führt dazu, dass beim Schweißen deutlich geringere Temperaturen an der Elektrode auftreten als es bei der Verwendung reiner
Wolframelektroden der Fall ist (Temperaturunterschied ca. 1000°C). Die Belastbarkeit
der Elektrode wird dadurch vergrößert bzw. die Elektrodenstandzeit erhöht.
Thoriumoxid, dessen Stäube gesundheitlich bedenklich sind, wird in zunehmendem
Maße durch andere Oxide ersetzt.

Eine konventionelle WIG-Schweißanlage besteht aus Transformator,
Gleichrichtersatz und Schweißbrenner. Für die meisten Anwendungen wird eine
negativ gepolte Elektrode eingesetzt. Zum Schweißen von Aluminium hingegen wird
Wechselstrom verwendet. Zur Zündung werden hochfrequente
Hochspannungsimpulse überlagert, die die Lichtbogenstrecke zwischen Elektrode und
Werkstück ionisieren, d.h. elektrisch leitfähig machen, sodass der Lichtbogen zünden
kann.