Schutzgasschweißen
Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW), manchmal auch mit seinen Unterarten Metall-Inertgas (MIG) und Metall-Aktivgas (MAG) bezeichnet, ist ein Schweißverfahren, bei dem sich zwischen einer abschmelzenden MIG-Drahtelektrode und dem/den Werkstückmetall(en) ein elektrischer Lichtbogen bildet, der das/die Werkstückmetall(e) erhitzt, so dass sie verschmelzen (schmelzen und sich verbinden). Zusammen mit der Drahtelektrode wird ein Schutzgas durch die Schweißpistole geleitet, das den Prozess vor atmosphärischen Verunreinigungen schützt. ⓘ
Das Verfahren kann halbautomatisch oder automatisch ablaufen. Am häufigsten wird beim MSG-Schweißen eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung verwendet, aber auch Konstantstromsysteme und Wechselstrom können eingesetzt werden. Es gibt vier primäre Methoden des Metalltransfers beim MSG-Schweißen: Kugelschweißen, Kurzschlussschweißen, Sprühschweißen und Impulssprühschweißen, von denen jede unterschiedliche Eigenschaften und entsprechende Vorteile und Einschränkungen aufweist. ⓘ
Ursprünglich in den 1940er Jahren für das Schweißen von Aluminium und anderen Nichteisenwerkstoffen entwickelt, wurde das MSG-Verfahren bald auch auf Stähle angewandt, da es im Vergleich zu anderen Schweißverfahren schnellere Schweißzeiten ermöglichte. Die Kosten für Schutzgas schränkten den Einsatz bei Stählen ein, bis sich einige Jahre später die Verwendung von Halbschutzgasen wie Kohlendioxid durchsetzte. Weitere Entwicklungen in den 1950er und 1960er Jahren machten das Verfahren vielseitiger und führten dazu, dass es zu einem viel genutzten industriellen Verfahren wurde. Heute ist das MSG-Schweißen das am weitesten verbreitete industrielle Schweißverfahren, das wegen seiner Vielseitigkeit, Schnelligkeit und der relativ einfachen Anpassung des Verfahrens an die Roboterautomatisierung bevorzugt wird. Im Gegensatz zu Schweißverfahren, die kein Schutzgas verwenden, wie z. B. das Schutzgasschweißen, wird es nur selten im Freien oder in anderen Bereichen mit bewegter Luft eingesetzt. Ein verwandtes Verfahren, das Fülldrahtschweißen, verwendet häufig kein Schutzgas, sondern einen hohlen, mit Fülldraht gefüllten Elektrodendraht. ⓘ
Entwicklung
Die Grundsätze des Metall-Schutzgasschweißens wurden Anfang des 19. Jahrhunderts bekannt, nachdem Humphry Davy im Jahr 1800 den kurzen, gepulsten Lichtbogen entdeckt hatte. Wassili Petrow entwickelte 1802 unabhängig den kontinuierlichen Lichtbogen (gefolgt von Davy nach 1808). Erst in den 1880er Jahren wurde die Technologie mit dem Ziel der industriellen Nutzung weiterentwickelt. Zunächst wurden Kohleelektroden für das Kohlelichtbogenschweißen verwendet. Um 1890 wurden Metallelektroden von Nikolay Slavyanov und C. L. Coffin erfunden. 1920 wurde ein früher Vorläufer des MSG-Schweißens von P. O. Nobel von General Electric erfunden. Er verwendete Gleichstrom mit einem blanken Elektrodendraht und nutzte die Lichtbogenspannung zur Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit. Es wurde kein Schutzgas zum Schutz der Schweißnaht verwendet, da die Entwicklung von Schweißatmosphären erst später in diesem Jahrzehnt stattfand. Im Jahr 1926 wurde ein weiterer Vorläufer des MSG-Schweißens veröffentlicht, der sich jedoch nicht für den praktischen Einsatz eignete. ⓘ
Im Jahr 1948 wurde das MSG vom Battelle Memorial Institute entwickelt. Es verwendete eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser und eine von H. E. Kennedy entwickelte Stromquelle mit konstanter Spannung. Es bot eine hohe Abscheidungsrate, aber die hohen Kosten für Inertgase beschränkten den Einsatz auf Nichteisenwerkstoffe und verhinderten Kosteneinsparungen. 1953 wurde die Verwendung von Kohlendioxid als Schweißatmosphäre entwickelt, die sich beim MSG-Schweißen schnell durchsetzte, da sie das Schweißen von Stahl wirtschaftlicher machte. In den Jahren 1958 und 1959 wurde die Kurzlichtbogenvariante des MSG auf den Markt gebracht, die die Vielseitigkeit des Schweißens erhöhte und das Schweißen dünner Werkstoffe ermöglichte, wobei kleinere Elektrodendrähte und modernere Stromversorgungen zum Einsatz kamen. Sie wurde schnell zur beliebtesten Variante des MSG-Schweißens. ⓘ
Die Variante des Sprühlichtbogenschweißens wurde in den frühen 1960er Jahren entwickelt, als Experimentatoren den Schutzgasen kleine Mengen Sauerstoff hinzufügten. In jüngerer Zeit wurde gepulster Strom eingesetzt, was zu einer neuen Methode führte, die als gepulste Sprühlichtbogenvariante bezeichnet wird. ⓘ
Das MSG-Schweißen ist eines der beliebtesten Schweißverfahren, insbesondere in der Industrie. Es wird in großem Umfang in der Blechindustrie und in der Automobilindustrie eingesetzt. Dort wird das Verfahren häufig zum Lichtbogenpunktschweißen eingesetzt und ersetzt das Nieten oder das Widerstandspunktschweißen. Beliebt ist es auch beim automatisierten Schweißen, bei dem Roboter die Werkstücke und die Schweißzange handhaben, um die Fertigung zu beschleunigen. Das MSG-Schweißen kann im Freien nur schwer ausgeführt werden, da der Luftzug das Schutzgas zerstreuen und Verunreinigungen in die Schweißnaht eindringen lassen kann; das Fülldrahtschweißen eignet sich besser für den Einsatz im Freien, z. B. im Bauwesen. Ebenso eignet sich das GMAW-Schweißen mit Schutzgas nicht für das Unterwasserschweißen, das üblicherweise mit Schutzgas, Fülldraht oder Wolframschweißung durchgeführt wird. ⓘ
Ausrüstung
Zur Durchführung des Metallschutzgasschweißens sind eine Schweißpistole, ein Drahtvorschubgerät, eine Schweißstromversorgung, ein Schweißelektrodendraht und eine Schutzgasversorgung erforderlich. ⓘ
Schweißpistole und Drahtvorschubgerät
Die typische MSG-Schweißpistole besteht aus einer Reihe von wichtigen Teilen - einem Steuerschalter, einer Stromdüse, einem Stromkabel, einer Gasdüse, einem Elektrodenrohr und einer Auskleidung sowie einem Gasschlauch. Wenn der Bediener den Steuerschalter oder den Auslöser drückt, werden der Drahtvorschub, der Strom und der Schutzgasstrom eingeleitet, so dass ein Lichtbogen gezündet wird. Die Stromdüse, die normalerweise aus Kupfer besteht und manchmal chemisch behandelt wird, um Spritzer zu reduzieren, ist über das Stromkabel mit der Schweißstromquelle verbunden und überträgt die elektrische Energie auf die Elektrode, während sie auf den Schweißbereich gerichtet wird. Sie muss fest sitzen und richtig dimensioniert sein, da sie den Durchgang der Elektrode ermöglichen und gleichzeitig den elektrischen Kontakt aufrechterhalten muss. Auf dem Weg zur Stromdüse wird der Draht durch die Elektrodenleitung und die Auskleidung geschützt und geführt, was dazu beiträgt, Knicken vorzubeugen und einen ununterbrochenen Drahtvorschub zu gewährleisten. Die Gasdüse leitet das Schutzgas gleichmäßig in den Schweißbereich. Ein ungleichmäßiger Gasfluss kann den Schweißbereich nicht ausreichend schützen. Größere Düsen sorgen für einen stärkeren Schutzgasstrom, was bei Hochstromschweißarbeiten, bei denen ein größeres Schmelzbad entsteht, nützlich ist. Das Gas wird über einen Gasschlauch von den Schutzgasbehältern zur Düse geleitet. Manchmal ist auch ein Wasserschlauch in die Schweißpistole eingebaut, um die Pistole bei hohen Temperaturen zu kühlen. ⓘ
Die Drahtvorschubeinheit führt die Elektrode durch die Leitung bis zur Stromdüse. Die meisten Modelle liefern den Draht mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit, aber modernere Maschinen können die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lichtbogenlänge und der Spannung variieren. Einige Drahtvorschubgeräte können Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 30 m/min (1200 in/min) erreichen, aber die Vorschubgeschwindigkeiten für halbautomatische MSG-Maschinen liegen normalerweise zwischen 2 und 10 m/min (75 - 400 in/min). ⓘ
Art des Werkzeugs
Der gebräuchlichste Elektrodenhalter ist ein halbautomatischer luftgekühlter Halter. Durch ihn zirkuliert Druckluft, um moderate Temperaturen aufrechtzuerhalten. Er wird mit niedrigeren Stromstärken zum Schweißen von Überlappungen oder Stumpfnähten verwendet. Der zweithäufigste Elektrodenhalter ist ein halbautomatischer wassergekühlter Halter, bei dem der einzige Unterschied darin besteht, dass Wasser anstelle von Luft verwendet wird. Er verwendet höhere Stromstärken für das Schweißen von T- oder Eckverbindungen. Der dritte typische Haltertyp ist ein wassergekühlter automatischer Elektrodenhalter, der in der Regel mit automatisierten Anlagen verwendet wird. ⓘ
Stromzufuhr
Bei den meisten Anwendungen des Metall-Schutzgasschweißens wird eine Stromversorgung mit konstanter Spannung verwendet. Folglich führt jede Änderung der Lichtbogenlänge (die direkt mit der Spannung zusammenhängt) zu einer großen Änderung der Wärmezufuhr und des Stroms. Eine kürzere Lichtbogenlänge führt zu einer viel größeren Wärmezufuhr, die die Drahtelektrode schneller zum Schmelzen bringt und so die ursprüngliche Lichtbogenlänge wiederherstellt. Dies hilft dem Bediener, die Lichtbogenlänge auch beim manuellen Schweißen mit Handschweißpistolen konstant zu halten. Um einen ähnlichen Effekt zu erzielen, wird manchmal eine Konstantstromquelle in Kombination mit einer lichtbogenspannungsgesteuerten Drahtvorschubeinheit verwendet. In diesem Fall wird bei einer Änderung der Lichtbogenlänge die Drahtvorschubgeschwindigkeit angepasst, um eine relativ konstante Lichtbogenlänge zu erhalten. In seltenen Fällen können eine Konstantstromquelle und eine Einheit mit konstanter Drahtvorschubgeschwindigkeit gekoppelt werden, insbesondere beim Schweißen von Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Aluminium. Dies gibt dem Bediener zusätzliche Kontrolle über die Wärmeeinbringung in die Schweißnaht, erfordert aber ein hohes Maß an Geschicklichkeit, um erfolgreich zu sein. ⓘ
Wechselstrom wird beim MSG-Schweißen selten verwendet; stattdessen wird Gleichstrom eingesetzt, und die Elektrode ist im Allgemeinen positiv geladen. Da die Anode in der Regel eine höhere Wärmekonzentration aufweist, führt dies zu einem schnelleren Abschmelzen des Vorschubdrahtes, was den Einbrand und die Schweißgeschwindigkeit erhöht. Die Polarität kann nur umgekehrt werden, wenn spezielle emissiv beschichtete Elektrodendrähte verwendet werden, aber da diese nicht sehr verbreitet sind, wird eine negativ geladene Elektrode nur selten eingesetzt. ⓘ
Elektrode
Bei der Elektrode handelt es sich um einen Draht aus einer Metalllegierung, der als MIG-Draht bezeichnet wird. Die Auswahl der Legierung und der Größe richtet sich in erster Linie nach der Zusammensetzung des zu schweißenden Metalls, der verwendeten Verfahrensvariante, der Verbindungskonstruktion und der Oberflächenbeschaffenheit des Materials. Die Wahl der Elektrode hat großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht und ist ein Schlüsselfaktor für die Schweißqualität. Im Allgemeinen sollte das fertige Schweißgut mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen des Grundmaterials ähnlich sind, und keine Fehler wie Unterbrechungen, mitgerissene Verunreinigungen oder Porosität in der Schweißnaht aufweisen. Um diese Ziele zu erreichen, gibt es eine große Auswahl an Elektroden. Alle handelsüblichen Elektroden enthalten desoxidierende Metalle wie Silizium, Mangan, Titan und Aluminium in geringen Anteilen, um Sauerstoffporosität zu verhindern. Einige enthalten denitrierende Metalle wie Titan und Zirkonium, um Stickstoffporosität zu vermeiden. Je nach Verfahrensvariante und zu schweißendem Grundwerkstoff liegen die Durchmesser der beim MSG-Schweißen verwendeten Elektroden in der Regel zwischen 0,7 und 2,4 mm, können aber auch bis zu 4 mm groß sein. Die kleinsten Elektroden, im Allgemeinen bis zu 1,14 mm, werden mit dem Kurzschluss-Metallübertragungsprozess in Verbindung gebracht, während die gebräuchlichsten Sprühübertragungselektroden normalerweise mindestens 0,9 mm groß sind. ⓘ
Schutzgas
Schutzgase sind beim Metall-Lichtbogenschweißen erforderlich, um den Schweißbereich vor atmosphärischen Gasen wie Stickstoff und Sauerstoff zu schützen, die bei Kontakt mit der Elektrode, dem Lichtbogen oder dem Schweißgut zu Schmelzfehlern, Porosität und Versprödung des Schweißguts führen können. Dieses Problem tritt bei allen Lichtbogenschweißverfahren auf; beim älteren Schutzgasschweißverfahren (SMAW) ist die Elektrode beispielsweise mit einem festen Flussmittel beschichtet, das beim Schmelzen durch den Lichtbogen eine schützende Kohlendioxidwolke bildet. Beim Schutzgasschweißen hingegen ist der Elektrodendraht nicht mit einem Flussmittel beschichtet, und die Schweißnaht wird durch ein separates Schutzgas geschützt. Dadurch entfällt die Schlacke, der harte Rückstand des Flussmittels, der sich nach dem Schweißen bildet und abgekratzt werden muss, um die fertige Schweißnaht freizulegen. ⓘ
Die Wahl des Schutzgases hängt von mehreren Faktoren ab, vor allem von der Art des zu schweißenden Materials und der verwendeten Verfahrensvariante. Reine Schutzgase wie Argon und Helium werden nur für das Schweißen von Nichteisenmetallen verwendet; bei Stahl sorgen sie nicht für einen ausreichenden Einbrand (Argon) oder verursachen einen unregelmäßigen Lichtbogen und fördern Spritzer (bei Helium). Reines Kohlendioxid hingegen ermöglicht tiefe Schweißnähte, fördert aber die Oxidbildung, was die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht beeinträchtigt. Seine geringen Kosten machen es zu einer attraktiven Wahl, aber aufgrund der Reaktivität des Lichtbogenplasmas sind Spritzer unvermeidlich und das Schweißen dünner Materialien ist schwierig. Aus diesem Grund werden Argon und Kohlendioxid häufig in einem Verhältnis von 75 %/25 % bis 90 %/10 % gemischt. Im Allgemeinen erhöht ein höherer Kohlendioxidgehalt beim Kurzschlussschweißen die Schweißwärme und -energie, wenn alle anderen Schweißparameter (Spannung, Strom, Elektrodentyp und Durchmesser) gleich bleiben. Wenn der Kohlendioxidgehalt über 20 % steigt, wird das Sprühübertragungsschweißen zunehmend problematisch, insbesondere bei kleineren Elektrodendurchmessern. ⓘ
Argon wird auch häufig mit anderen Gasen, Sauerstoff, Helium, Wasserstoff und Stickstoff gemischt. Die Zugabe von bis zu 5 % Sauerstoff (wie die oben erwähnten höheren Konzentrationen von Kohlendioxid) kann beim Schweißen von rostfreiem Stahl hilfreich sein, bei den meisten Anwendungen wird jedoch Kohlendioxid bevorzugt. Erhöhter Sauerstoff führt dazu, dass das Schutzgas die Elektrode oxidiert, was zu Porosität in der Schweißschicht führen kann, wenn die Elektrode nicht genügend Desoxidationsmittel enthält. Ein Überschuss an Sauerstoff, insbesondere bei Anwendungen, für die er nicht vorgeschrieben ist, kann zu Sprödigkeit in der Wärmeeinflusszone führen. Argon-Helium-Gemische sind äußerst inert und können für Nichteisenwerkstoffe verwendet werden. Eine Heliumkonzentration von 50-75 % erhöht die erforderliche Spannung und steigert die Wärme im Lichtbogen aufgrund der höheren Ionisationstemperatur von Helium. Zum Schweißen von Nickel und dicken Werkstücken aus nichtrostendem Stahl wird dem Argon manchmal Wasserstoff in geringer Konzentration (bis etwa 5 %) zugesetzt. In höheren Konzentrationen (bis zu 25 % Wasserstoff) kann er zum Schweißen von leitfähigen Materialien wie Kupfer verwendet werden. Es sollte jedoch nicht bei Stahl, Aluminium oder Magnesium verwendet werden, da es zu Porosität und Wasserstoffversprödung führen kann. ⓘ
Es sind auch Schutzgasgemische aus drei oder mehr Gasen erhältlich. Gemische aus Argon, Kohlendioxid und Sauerstoff werden für das Schweißen von Stählen angeboten. Andere Gemische fügen den Argon-Sauerstoff-Kombinationen eine kleine Menge Helium hinzu. Diese Gemische sollen höhere Lichtbogenspannungen und Schweißgeschwindigkeiten ermöglichen. Manchmal dient Helium auch als Basisgas, dem geringe Mengen Argon und Kohlendioxid zugesetzt werden. Da Helium jedoch eine geringere Dichte als Luft hat, schirmt es die Schweißnaht weniger effektiv ab als Argon, das dichter ist als Luft. Außerdem kann es aufgrund des viel energiereicheren Lichtbogenplasmas zu Problemen mit der Lichtbogenstabilität und dem Einbrand sowie zu vermehrten Spritzern führen. Helium ist auch wesentlich teurer als andere Schutzgase. Andere spezialisierte und oft firmeneigene Gasmischungen versprechen noch größere Vorteile für bestimmte Anwendungen. ⓘ
Obwohl es giftig ist, können Spuren von Stickstoffoxid verwendet werden, um die Bildung des noch problematischeren Ozons im Lichtbogen zu verhindern. ⓘ
Die gewünschte Durchflussmenge des Schutzgases hängt in erster Linie von der Schweißgeometrie, der Geschwindigkeit, der Stromstärke, der Gasart und der Art der Metallübertragung ab. Beim Schweißen von flachen Oberflächen ist ein höherer Durchfluss erforderlich als beim Schweißen von gerillten Materialien, da sich das Gas schneller verteilt. Schnellere Schweißgeschwindigkeiten bedeuten im Allgemeinen, dass mehr Gas zugeführt werden muss, um eine angemessene Abdeckung zu gewährleisten. Darüber hinaus erfordert ein höherer Strom einen größeren Durchfluss, und im Allgemeinen ist mehr Helium erforderlich, um eine angemessene Deckung zu erzielen, als wenn Argon verwendet wird. Am wichtigsten ist vielleicht, dass die vier Hauptvarianten des MSG unterschiedliche Anforderungen an den Schutzgasstrom stellen: Für die kleinen Schweißbäder der Kurzschluss- und Impulsspritzverfahren sind im Allgemeinen etwa 10 l/min (20 ft3/h) geeignet, während für die kugelförmige Übertragung etwa 15 l/min (30 ft3/h) bevorzugt werden. Die Sprühübertragungsvariante erfordert in der Regel einen größeren Schutzgasstrom, da die Wärmezufuhr höher ist und somit das Schweißbad größer ist. Typische Gasdurchflussmengen sind etwa 20-25 l/min (40-50 ft3/h). ⓘ
Beim Plasmaschweißen (Plasma-Metall-Inertgasschweißen, EN ISO 4063: Prozess 15) dient ein Plasma als Wärmequelle. Plasma ist ein durch einen Lichtbogen hocherhitztes, elektrisch leitendes Gas. Im Plasmabrenner wird durch Hochfrequenzimpulse das durchströmende Plasmagas (Argon) ionisiert und ein Hilfslichtbogen (Pilotlichtbogen) gezündet. Dieser brennt zwischen der negativ gepolten Wolframelektrode und der als Düse ausgebildeten Anode und ionisiert die Gassäule zwischen Düse und plusgepoltem Werkstück. Ein berührungsloses Zünden des Lichtbogens ist dadurch möglich. Als Plasmagas sind Gasgemische aus Argon und Wasserstoff bzw. Argon und Helium gebräuchlich, welche die Schmelze vor Oxidation schützen und den Lichtbogen stabilisieren. Die geringfügigen Beimischungen von Helium oder Wasserstoff verstärken den Einbrand und erhöhen dadurch die Schweißgeschwindigkeit. Die Einengung des Plasmas durch die wassergekühlte Kupferdüse zu einer fast zylindrischen Gassäule ergibt eine höhere Energiekonzentration als beim WIG-Schweißen, wodurch höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich sind. Der Verzug und die Spannungen sind daher geringer als beim WIG-Schweißen. Durch den noch bei geringsten Stromstärken (weniger als 1 A) stabil brennenden Plasmalichtbogen und die Unempfindlichkeit bei Abstandänderungen der Düse zum Werkstück wird das Verfahren auch in der Mikroschweißtechnik eingesetzt. Mit dem Mikroplasmaschweißverfahren (Schweißstrombereich 0,5–15 A) können Bleche mit 0,1 mm noch geschweißt werden. Das Plasma-Stichloch- oder -Schlüsselloch-Schweißen wird ab einer Blechdicke von 3 mm eingesetzt und kann in Abhängigkeit vom zu verschweißenden Werkstoff bis zu einer Dicke von 10 mm für das einlagige Schweißen ohne Nahtvorbereitung angewendet werden. Hauptanwendungsgebiete sind der Behälter- und Apparatebau, der Rohrleitungsbau und die Raumfahrt. ⓘ
GMAW-basierter 3-D-Druck
Das MSG-Verfahren wurde auch als kostengünstige Methode für den 3-D-Druck von Metallobjekten eingesetzt. Es wurden verschiedene Open-Source-3D-Drucker entwickelt, die GMAW verwenden. Solche aus Aluminium gefertigten Komponenten konkurrieren mit traditionell gefertigten Komponenten hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit. Durch die Bildung einer schlechten Schweißnaht auf der ersten Schicht können GMAW-3D-gedruckte Teile mit einem Hammer vom Substrat entfernt werden. ⓘ
Betrieb
Für die meisten Anwendungen ist das Metall-Schutzgasschweißen ein recht einfach zu erlernendes Schweißverfahren, das nicht mehr als ein oder zwei Wochen benötigt, um die grundlegende Schweißtechnik zu beherrschen. Selbst wenn das Schweißen von gut geschultem Personal durchgeführt wird, kann die Schweißqualität schwanken, da sie von einer Reihe äußerer Faktoren abhängt. Das gesamte MSG-Schweißen ist gefährlich, wenn auch vielleicht weniger als einige andere Schweißverfahren, wie z. B. das Metallschutzgasschweißen. ⓘ
Technik
Die Grundtechnik des MSG-Schweißens ist unkompliziert, und die meisten Personen sind in der Lage, in wenigen Wochen ein angemessenes Niveau zu erreichen, vorausgesetzt, sie sind gut ausgebildet und haben ausreichend Übung. Da ein Großteil des Prozesses automatisiert ist, entlastet das MSG den Schweißer (Bediener) von der Aufgabe, eine präzise Lichtbogenlänge einzuhalten und den Schweißzusatz in das Schweißbad zu führen - koordinierte Vorgänge, die bei anderen manuellen Schweißverfahren, wie dem Schutzgasschweißen, erforderlich sind. Beim MSG-Schweißen muss der Schweißer lediglich die Pistole in der richtigen Position und Ausrichtung entlang des zu schweißenden Bereichs führen und die Gasdüse der Pistole regelmäßig reinigen, um Spritzer zu entfernen. Außerdem muss der Schweißer wissen, wie er das Schweißgerät einstellen muss, damit die Spannung, die Drahtvorschubgeschwindigkeit und die Gasdurchflussmenge für die zu schweißenden Materialien und die verwendete Drahtgröße richtig sind. ⓘ
Es ist wichtig, einen relativ konstanten Abstand zwischen der Kontaktspitze und dem Werkstück (den Stick-Out-Abstand) einzuhalten. Ein zu großer Stick-Out-Abstand kann dazu führen, dass die Drahtelektrode vorzeitig schmilzt, was einen Sputterlichtbogen verursacht, und dass sich das Schutzgas schnell verflüchtigt, was die Qualität der Schweißung verschlechtert. Im Gegensatz dazu kann ein unzureichender Stick-Out-Abstand die Spritzerbildung in der Pistolendüse beschleunigen und im Extremfall zu einer Beschädigung der Kontaktspitze der Pistole führen. Der Stick-Out-Abstand variiert bei verschiedenen MSG-Schweißverfahren und Anwendungen. ⓘ
Die Ausrichtung der Pistole im Verhältnis zur Schweißnaht ist ebenfalls wichtig. Sie sollte so gehalten werden, dass der Winkel zwischen den Werkstücken halbiert wird, d. h. 45 Grad für eine Kehlnaht und 90 Grad für das Schweißen einer ebenen Fläche. Der Verfahrwinkel oder Vorhaltewinkel ist der Winkel der Pistole in Bezug auf die Verfahrrichtung und sollte im Allgemeinen annähernd senkrecht bleiben. Bei reinen Schutzgasen liegt der untere Teil des Brenners oft etwas vor dem oberen Teil, während das Gegenteil der Fall ist, wenn die Schweißatmosphäre aus Kohlendioxid besteht. ⓘ
Beim Positionsschweißen, d. h. beim Schweißen von vertikalen oder über Kopf verlaufenden Verbindungen, kann die Anwendung einer Webtechnik erforderlich sein, um eine ordnungsgemäße Schweißnahtabsetzung und -eindringung sicherzustellen. Beim Positionsschweißen führt die Schwerkraft dazu, dass das geschmolzene Metall aus dem Schmelzbad herausläuft, was zu Kraterbildung und Unterschneidung führt, zwei Bedingungen, die eine schwache Schweißnaht erzeugen. Beim Weben wird die Schmelzzone ständig verschoben, um die Menge des an einer Stelle aufgetragenen Metalls zu begrenzen. Die Oberflächenspannung trägt dann dazu bei, das geschmolzene Metall in der Schmelze zu halten, bis es erstarren kann. Die Entwicklung der Fertigkeit des Positionsschweißens erfordert einige Erfahrung, wird aber in der Regel bald gemeistert. ⓘ
Qualität
Zwei der am häufigsten auftretenden Qualitätsprobleme beim MSG-Schweißen sind Krätze und Porosität. Wenn sie nicht kontrolliert werden, können sie zu schwächeren, weniger dehnbaren Schweißnähten führen. Krätze ist ein besonders häufig auftretendes Problem bei Stumpfschweißnähten von Aluminium, das normalerweise von Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridpartikeln in der Elektrode oder im Grundwerkstoff herrührt. Elektroden und Werkstücke müssen mit einer Drahtbürste gebürstet oder chemisch behandelt werden, um Oxide auf der Oberfläche zu entfernen. Jeder Sauerstoff, der mit dem Schweißbad in Berührung kommt, sei es aus der Atmosphäre oder dem Schutzgas, verursacht ebenfalls Krätze. Daher ist eine ausreichende Zufuhr von Schutzgasen erforderlich, und das Schweißen in bewegter Luft sollte vermieden werden. ⓘ
Beim MSG-Schweißen ist die Hauptursache für Porosität der Gaseinschluss im Schweißbad, der entsteht, wenn das Metall erstarrt, bevor das Gas entweicht. Das Gas kann von Verunreinigungen im Schutzgas oder auf dem Werkstück stammen, aber auch von einem zu langen oder zu heftigen Lichtbogen. Im Allgemeinen steht die Menge des eingeschlossenen Gases in direktem Zusammenhang mit der Abkühlgeschwindigkeit des Schweißbads. Wegen seiner höheren Wärmeleitfähigkeit sind Aluminiumschweißnähte besonders anfällig für höhere Abkühlungsraten und damit für zusätzliche Porosität. Um sie zu verringern, sollten Werkstück und Elektrode sauber sein, die Schweißgeschwindigkeit verringert und der Strom hoch genug eingestellt werden, um eine ausreichende Wärmezufuhr und einen stabilen Metallübergang zu gewährleisten, aber niedrig genug, damit der Lichtbogen stabil bleibt. Das Vorwärmen kann in einigen Fällen auch dazu beitragen, die Abkühlungsrate zu verringern, indem das Temperaturgefälle zwischen dem Schweißbereich und dem Grundwerkstoff reduziert wird. ⓘ
Sicherheit
Jede Form des Lichtbogenschweißens kann gefährlich sein, wenn keine entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Da beim MSG-Schweißen ein elektrischer Lichtbogen verwendet wird, müssen die Schweißer geeignete Schutzkleidung tragen, darunter schwere Handschuhe und langärmelige Schutzjacken, um die Exposition gegenüber dem Lichtbogen selbst sowie gegenüber starker Hitze, Funken und heißem Metall zu minimieren. Die intensive ultraviolette Strahlung des Lichtbogens kann auf der ungeschützten Haut sonnenbrandähnliche Schäden verursachen, ebenso wie das so genannte Lichtbogenauge, eine Entzündung der Hornhaut, oder bei längerer Exposition eine irreversible Schädigung der Netzhaut des Auges. Herkömmliche Schweißhelme enthalten dunkle Gesichtsplatten, um diese Exposition zu verhindern. Neuere Helme sind mit Flüssigkristallen ausgestattet, die sich selbst verdunkeln, sobald sie dem Lichtbogen ausgesetzt werden. Transparente Schweißvorhänge aus Polyvinylchlorid-Kunststofffolie werden häufig verwendet, um Arbeiter und Umstehende in der Nähe vor dem Lichtbogen zu schützen. ⓘ
Schweißer sind häufig gefährlichen Gasen und Schwebstoffen ausgesetzt. Beim MAG-Schweißen entsteht Rauch, der Partikel verschiedener Oxidarten enthält, wobei die Größe der Partikel die Toxizität der Dämpfe beeinflusst. Kleinere Partikel stellen eine größere Gefahr dar. Die Konzentration von Kohlendioxid und Ozon kann bei unzureichender Belüftung gefährlich sein. Weitere Vorsichtsmaßnahmen bestehen darin, brennbare Materialien vom Arbeitsplatz fernzuhalten und einen funktionierenden Feuerlöscher in der Nähe zu haben. ⓘ
Metallübertragungsarten
Die drei Arten des Metalltransfers beim MSG-Schweißen sind das Kugelschweißen, das Kurzschlussschweißen und das Spritzen. Es gibt einige anerkannte Variationen dieser drei Übertragungsarten, darunter modifiziertes Kurzschließen und gepulstes Spritzen. ⓘ
Kugelschweißen
Das kugelförmige Auftragschweißen gilt als die am wenigsten wünschenswerte der drei Hauptvarianten des MAG, da es zu hoher Hitze, einer schlechten Schweißoberfläche und Spritzern neigt. Das Verfahren wurde ursprünglich als kosteneffiziente Methode zum Schweißen von Stahl mit MSG entwickelt, da bei dieser Variante Kohlendioxid verwendet wird, ein preiswerteres Schutzgas als Argon. Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil ist die hohe Abschmelzleistung, die Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 110 mm/s (250 in/min) ermöglicht. Beim Schweißen bildet sich am Ende der Elektrode eine Kugel aus geschmolzenem Metall, oft in unregelmäßigen Formen mit einem größeren Durchmesser als die Elektrode selbst. Wenn sich der Tropfen schließlich entweder durch die Schwerkraft oder durch einen Kurzschluss ablöst, fällt er auf das Werkstück und hinterlässt eine unebene Oberfläche, die oft Spritzer verursacht. Aufgrund des großen geschmolzenen Tropfens ist das Verfahren im Allgemeinen auf flache und horizontale Schweißpositionen beschränkt, erfordert dickere Werkstücke und führt zu einem größeren Schweißbad. ⓘ
Kurzschluss
Weitere Entwicklungen beim Schweißen von Stahl mit dem MSG-Verfahren führten zu einer Variante, die als Kurzschlussübertragung (SCT) oder Kurzlichtbogen-MSG bekannt ist und bei der der Strom niedriger ist als beim Kugelschweißverfahren. Infolge des geringeren Stroms ist die Wärmeeinbringung bei der Kurzbogenvariante deutlich geringer, so dass dünnere Werkstoffe geschweißt werden können und gleichzeitig der Verzug und die Eigenspannung im Schweißbereich verringert werden. Wie beim Kugelschweißen bilden sich an der Elektrodenspitze Schmelzetropfen, die jedoch aufgrund der geringeren Drahtvorschubgeschwindigkeit nicht in das Schweißbad fallen, sondern den Spalt zwischen Elektrode und Schweißbad überbrücken. Dies führt zu einem Kurzschluss und löscht den Lichtbogen, der jedoch schnell wieder entzündet wird, nachdem die Oberflächenspannung des Schweißbads die geschmolzene Metallraupe von der Elektrodenspitze weggezogen hat. Dieser Vorgang wird etwa 100 Mal pro Sekunde wiederholt, so dass der Lichtbogen für das menschliche Auge konstant erscheint. Diese Art des Metalltransfers bietet eine bessere Schweißqualität und weniger Spritzer als die kugelförmige Variante und ermöglicht das Schweißen in allen Positionen, wenn auch mit einer langsameren Ablagerung des Schweißmaterials. Die Einstellung der Schweißprozessparameter (Spannung, Stromstärke und Drahtvorschubgeschwindigkeit) innerhalb eines relativ engen Bereichs ist entscheidend für die Aufrechterhaltung eines stabilen Lichtbogens: im Allgemeinen zwischen 100 und 200 Ampere bei 17 bis 22 Volt für die meisten Anwendungen. Außerdem kann die Verwendung des Kurzlichtbogens beim Schweißen dickerer Werkstoffe aufgrund der geringeren Lichtbogenenergie und des schnell gefrierenden Schweißbads zu einem unzureichenden Einbrand und einer unzureichenden Durchdringung führen. Wie die kugelförmige Variante kann sie nur bei Eisenmetallen eingesetzt werden. ⓘ
Kaltumformung
Bei dünnen Werkstoffen wird der Cold Metal Transfer (CMT) eingesetzt, indem der Strom bei einem Kurzschluss reduziert wird, wodurch viele Tropfen pro Sekunde entstehen. CMT kann für Aluminium verwendet werden. ⓘ
Sprühen
Die Sprühübertragung war das erste Metallübertragungsverfahren, das beim MAG eingesetzt wurde, und eignet sich gut zum Schweißen von Aluminium und Edelstahl unter Verwendung eines inerten Schutzgases. Bei diesem MSG-Verfahren wird das Metall der Schweißelektrode schnell entlang des stabilen Lichtbogens von der Elektrode auf das Werkstück übertragen, wodurch Spritzer weitgehend vermieden werden und eine hochwertige Schweißnaht entsteht. Wenn Strom und Spannung über den Bereich der Kurzschlussübertragung hinaus ansteigen, geht die Übertragung des Schweißguts von größeren Kügelchen über kleine Tröpfchen bis hin zu einem verdampften Strom bei den höchsten Energien über. Da diese verdampfte Variante des MSG-Schweißverfahrens eine höhere Spannung und einen höheren Strom als die Kurzschlussübertragung erfordert und aufgrund der höheren Wärmezufuhr und der größeren Schweißbadfläche (bei einem gegebenen Schweißelektrodendurchmesser) wird sie im Allgemeinen nur bei Werkstücken mit einer Dicke von mehr als 6,4 mm (0,25 Zoll) eingesetzt. ⓘ
Wegen des großen Schweißbads ist es außerdem oft auf flache und horizontale Schweißpositionen beschränkt und wird manchmal auch für senkrechte Schweißungen verwendet. Für Wurzellagenschweißungen ist sie im Allgemeinen nicht geeignet. Wenn eine kleinere Elektrode in Verbindung mit einer geringeren Wärmezufuhr verwendet wird, erhöht sich die Vielseitigkeit des Verfahrens. Die maximale Abschmelzleistung beim Sprühlichtbogenschweißen ist relativ hoch - etwa 600 mm/s (1500 in/min). ⓘ
Gepulstes Spritzen
Das Impulsspritzen, eine Variante des Sprühverfahrens, basiert auf den Prinzipien des Sprühverfahrens, verwendet jedoch einen pulsierenden Strom, um den Zusatzdraht zu schmelzen und bei jedem Impuls einen kleinen Schmelztropfen fallen zu lassen. Die Pulse ermöglichen einen niedrigeren Durchschnittsstrom, wodurch die Gesamtwärmezufuhr und damit die Größe des Schweißbads und der Wärmeeinflusszone verringert werden und das Schweißen dünner Werkstücke möglich wird. Der Impuls sorgt für einen stabilen Lichtbogen und keine Spritzer, da kein Kurzschluss auftritt. Dadurch eignet sich das Verfahren für fast alle Metalle, und es können auch dickere Elektrodendrähte verwendet werden. Das kleinere Schweißbad verleiht der Variante eine größere Vielseitigkeit und ermöglicht das Schweißen in allen Positionen. Im Vergleich zum Kurzlichtbogenschweißen hat dieses Verfahren eine etwas langsamere Höchstgeschwindigkeit (85 mm/s oder 200 in/min), und das Verfahren erfordert auch, dass das Schutzgas hauptsächlich Argon mit einer geringen Kohlendioxidkonzentration ist. Außerdem ist eine spezielle Stromquelle erforderlich, die Stromimpulse mit einer Frequenz zwischen 30 und 400 Impulsen pro Sekunde liefern kann. Das Verfahren hat jedoch an Popularität gewonnen, da es eine geringere Wärmezufuhr erfordert und zum Schweißen dünner Werkstücke sowie von Nichteisenwerkstoffen verwendet werden kann. ⓘ
Vergleich mit dem Draht-Pulver-Schweißen
Das Schutzgasdrahtschweißen wurde wegen seiner Einfachheit und Tragbarkeit entwickelt. Dabei wird auf das Gassystem des konventionellen MSG-Schweißens verzichtet und ein Fülldraht verwendet, der ein festes Flussmittel enthält. Dieses Flussmittel verdampft während des Schweißens und erzeugt eine Schutzgasfahne. Obwohl es als "Flussmittel" bezeichnet wird, hat diese Verbindung nur eine geringe Aktivität und wirkt hauptsächlich als inertes Schutzgas. Der Draht hat einen etwas größeren Durchmesser als bei einer vergleichbaren Schutzgasschweißung, um Platz für das Flussmittel zu schaffen. Der kleinste verfügbare Draht hat einen Durchmesser von 0,8 mm im Vergleich zu 0,6 mm bei Massivdraht. Der Schutzgasdampf ist nicht inert, sondern leicht aktiv, so dass das Verfahren immer MAGS und nicht MIG (Schutzgas) ist. Dadurch ist das Verfahren auf Stahl und nicht auf Aluminium beschränkt. ⓘ
Diese gaslosen Maschinen arbeiten als DCEN und nicht als DCEP, wie es bei Massivdraht für das Metallschweißen üblich ist. DCEP (DC Electrode Positive) macht den Schweißdraht zur positiv geladenen Anode, die die heißere Seite des Lichtbogens darstellt. Sofern sie von DCEN auf DCEP umschaltbar ist, kann eine Schutzgasdrahtvorschubmaschine auch für Fülldraht verwendet werden. ⓘ
Fülldraht gilt als vorteilhaft für das Schweißen im Freien, da die Schutzgasfahne nicht so leicht vom Wind verweht werden kann wie das Schutzgas aus einer herkömmlichen Düse. Ein kleiner Nachteil ist, dass sich wie beim MSG-Schweißen (Stangenschweißen) etwas Flussmittel über der Schweißraupe ablagern kann, was einen größeren Reinigungsaufwand zwischen den Durchgängen erfordert. ⓘ
Fülldrahtschweißgeräte sind bei Hobbyschweißern am beliebtesten, da die Geräte etwas einfacher sind, aber vor allem, weil sie die Kosten für die Bereitstellung von Schutzgas vermeiden, entweder durch eine gemietete Gasflasche oder durch die hohen Kosten für Einwegflaschen. ⓘ
Metallschutzgasschweißen
1 Vorschubrichtung
2 Kontakthülse
3 Schweißdraht
4 Schutzgas
5 Schmelzgut
6 Schweißraupe
7 Grundmaterial ⓘ
1 Halterung
2 Isolierung (gelb)
3 Schutzgasdüsen
4 Stromkontaktdüse
5 Düsenausgang ⓘ
Das teilmechanische Metallschutzgasschweißen (MSG), wahlweise als MIG (Metallschweißen mit inerten Gasen, EN ISO 4063: Prozess 131) oder MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven, also reaktionsfähigen Gasen, EN ISO 4063: Prozess 135), ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. ⓘ
Die gebräuchlichen Schweißdrahtdurchmesser liegen zwischen 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. 10 l/min (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdrahtdurchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde. ⓘ
Varianten
Hochwertigere Schweißgeräte unterscheiden sich von billigen unter anderem in der möglichen Einschaltdauer. Letztere benötigen häufig Ruhephasen, die doppelt so lang sind, wie die eigentliche Einschaltdauer (ED). ⓘ
MAG
Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO2 oder einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen CO2 und O2 (z. B. „Corgon“) gearbeitet. Je nach ihrer Zusammensetzung kann der Schweißprozess (Einbrand, Tropfengröße, Spritzerverluste) aktiv beeinflusst werden.
Das MAG-Schweißverfahren wird bei Stahl eingesetzt. ⓘ
MIG
Beim Metallinertgasschweißen (MIG) wird als Edelgas Argon, seltener auch das teure Edelgas Helium, verwendet.
Das MIG-Schweißverfahren wird bei Nichteisenmetallen (NE) wie z. B. Aluminium, Magnesium, Titan oder bei Edelmetallen eingesetzt. ⓘ
Fülldraht
Wahlweise können beim Metallschutzgasschweißen auch Fülldrähte, auch Röhrchendrähte genannt, eingesetzt werden (mit Aktivgasschweißen EN ISO 4063: Prozess 136, mit Inertgas EN ISO 4063: Prozess 137) – mit dem Vorteil, auf das Schutzgas mit gesonderter Flasche und Armaturen verzichten zu können. ⓘ
Die Drähte sind innen mit einem Schlackebildner und ggf. Legierungszusätzen versehen. Sie dienen dem gleichen Zweck wie die Umhüllungen bei einer 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 bei dem 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. ⓘ
Lichtbogenarten
In Abhängigkeit von den zu verschweißenden Werkstoffen sowie deren Blechdicke oder Wandstärke können durch geeignete Parameterwahl unterschiedliche Lichtbogenarten eingestellt werden. Im unteren Leistungsbereich wird der Kurzlichtbogen eingesetzt, bei dem sich Kurzschluss und frei brennender Lichtbogen abwechseln. Im oberen Leistungsbereich wird der Sprühlichtbogen eingesetzt. Der abschmelzende Zusatzwerkstoff wird kurzschlussfrei abgeschmolzen. Durch spezielle Regelung kann ein sehr fokussierter stabiler Lichtbogen mit besonders hohem Lichtbogendruck erzeugt werden. Es gibt einen Zwischenbereich zwischen kurzschlussbehaftetem und kurzschlussfreiem Werkstoffübergang. Man spricht von einem Übergangslichtbogen. Er sollte wegen seines stochastischen Charakters vermieden werden. Beim Impulslichtbogen wird ein Grundstrom mit erhöhten Stromimpulsen überlagert. Der Werkstoffübergang lässt sich steuern. Durch den Wechselstromlichtbogen lässt sich der Wärmeeintrag in das Werkstück und die Elektrode beeinflussen und Oxide auf der Oberfläche von Aluminium und seinen Legierungen werden aufgebrochen. ⓘ
Metallschutzgasschweißen mit erhöhter Abschmelzleistung
Die Geschwindigkeit beim Schweißen und damit die Produktivität kann erhöht werden, wenn die sogenannte Abschmelzleistung, d. h. die Menge abgeschmolzenen Materials je Zeiteinheit, gesteigert wird. Dafür haben sich zwei Verfahrensweisen als wirksam erwiesen:
- paralleler Einsatz mehrerer Schweißdrähte (Mehrdrahtschweißen)
- Einsatz spezieller Schutzgaskombinationen, Fülldrähte und Schweißparameter (Varianten des T.I.M.E.-Schweißens) ⓘ
Mehrdrahtschweißen
Es sind zwei Verfahrensarten zu unterscheiden: Beim Doppeldrahtverfahren werden zwei Drahtelektroden durch ein gemeinsames Kontaktrohr geführt. Es entstehen zwei Lichtbögen, die durch eine Stromquelle erzeugt werden. Deswegen können sie nicht unabhängig voneinander gesteuert werden. Mehrdrahtverfahren werden oft auch als Unterpulverschweißen eingesetzt. ⓘ
Das Tandemverfahren ist die Weiterentwicklung des Doppeldrahtverfahrens. Beim Tandemverfahren brennen zwei elektrisch unabhängige Lichtbögen in einem gemeinsamen Schmelzbad. Die hohe Abschmelzleistung zweier Drähte kann in Schweißgeschwindigkeit oder Volumenfüllung umgesetzt werden. Die elektrische Trennung der Drahtelektroden erlaubt unterschiedliche Prozesskombinationen. Zum einen können die elektrischen Parameter unabhängig voneinander gewählt werden, zum anderen können unterschiedliche Drahtdurchmesser und -werkstoffe eingesetzt werden. Dadurch eröffnen sich neue Kombinationsmöglichkeiten und Abschmelzleistungen bis zu 25 kg/h. ⓘ
Varianten des T.I.M.E.-Schweißens
Durch die Wahl geeigneter Schutzgaskombinationen, Fülldrähte und Schweißparameter kann die Abschmelzleistung deutlich erhöht werden, ohne die Schweißnahtqualität negativ zu beeinflussen. Das MAG-Verfahren kann auf der Grundlage einer 4-Komponentengasmischung (Ar, He, CO2, O2) und hoher Drahtvorschubgeschwindigkeit (bis zu 50 m/min) bei Anwendung eines längeren freien Drahtendes (bis zu 35 mm) auf eine Abschmelzleistung bis zu 27 kg/h gebracht werden. Auf dieser Basis sind mehrere Verfahrensvarianten mit den Bezeichnungen T.I.M.E. (Transferred Ionized Molten Energy), RapidProcessing, RapidArc, RapidMelt, LINFAST auf dem Markt, zu deren Durchführung entsprechende Stromquellen und Drahtvorschubgeräte entwickelt worden sind. Weitere Untersuchungen zum Einfluss von Gaskombinationen auf die Abschmelzleistung führten zu abweichenden Varianten für Gaszusammensetzung. ⓘ
Der T.I.M.E.-Prozess kann auch mit der Mehrdrahtschweißung kombiniert werden (TimeTwin-Schweißprozess) mit zwei Stromquellen und getrenntem Schweißpotential für jeweils einen der beiden Schweißdrähte. ⓘ
Metallschutzgasschweißen mit reduziertem Wärmeeintrag
Cold Metal Transfer – CMT
Ein spritzfreies Schweißverfahren zur Reduktion des Verzugs beim Schweißen von Blechen (ab 0,3 mm) und zum Verbinden eigentlich nicht miteinander verschweißbarer Metalle (Alu mit Stahl). Die Hitze wird durch eine vor und zurück bewegende Elektrode reduziert. Der Lichtbogen entsteht nur für kurze Zeit und wird durch einen Kurzschluss beendet. Während des Kurzschlusses wird der Strom auf ein Minimum reduziert und das flüssige Metall am Schweißdraht wird spritzfrei in die Schmelze übertragen. Nachdem der Draht zurückgezogen wurde, zündet der Lichtbogen wieder. Dieser Zyklus kann bis zu 90 mal pro Sekunde (90 Hz) durchgeführt werden. ⓘ
ColdArc-Verfahren
Das ColdArc-Verfahren ist eine Variante des MIG/MAG-Prozesses mit dem Kurzlichtbogen, bei dem durch Steuerung des Schweißstroms der Werkstoffübergang bei geringerem Wärmeeintrag in das Grundmaterial erreicht wird. Die Grundidee besteht darin, beim Schweißen mit dem Kurzlichtbogen die Stromspitze während des Tropfenkurzschlusses zu reduzieren und das erneute Aufschmelzen des Drahtes durch einen Aufschmelzstromimpuls zu unterstützen. Danach wird der Strom auf ein sehr niedriges Niveau abgesenkt und damit der Energieeintrag minimiert. Der Aufschmelzimpuls erzeugt eine gleichbleibend große schmelzflüssige Kuppe auf den zugeführten Draht und ermöglicht, in den Phasen zwischen den Kurzschlüssen mit extrem niedrigen Stromstärken zu arbeiten. ⓘ
Orbitalschweißen
Orbitalschweißen ist ein vollmechanisches Schutzgasschweißverfahren WIG oder MSG, bei dem der Lichtbogen maschinell ohne Unterbrechung 360 Grad um Rohre oder andere Rundkörper herumgeführt wird. Das Orbitalschweißverfahren kommt vorzugsweise im Rohrleitungsbau zur Anwendung, wo unter kontrollierbaren Bedingungen gleichbleibend hohe Nahtqualitäten erzielt werden müssen. Hauptanwendungsgebiete sind der Pipelinebau sowie der Rohrleitungs- und Apparatebau in der Nahrungsmittel-, chemischen- und pharmazeutischen Industrie. Schweißbar sind alle Werkstoffe, die auch mit den entsprechenden Verfahren WIG oder MSG fügbar sind. ⓘ