Wie wählt man Parameter für das WIG-Schweißen?

1. Arten und Größe des Schweißstroms

Die Auswahl von Stromart und -größe ist entscheidend für eine optimale Schweißqualität und -leistung. Die Stromart wird in erster Linie durch die Materialeigenschaften des Werkstücks bestimmt, während die Stromgröße die Einschweißtiefe und die Gesamtintegrität der Verbindung maßgeblich beeinflusst.

Stromart:
Die Wahl zwischen Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) hängt von den thermischen und elektrischen Eigenschaften des Werkstückmaterials ab. So wird Gleichstrom in der Regel für Stahl und Edelstahl verwendet, während Wechselstrom aufgrund seiner kathodischen Reinigungswirkung, die Oberflächenoxide abbaut, für Aluminium und Magnesiumlegierungen bevorzugt wird.

Aktuelle Größe:
Die Höhe des Schweißstroms ist ein entscheidender Parameter, der sich direkt auf die Einschweißtiefe, die Wulstgeometrie und die Eigenschaften der Wärmeeinflusszone (WEZ) auswirkt. Seine Auswahl wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

1. Materialzusammensetzung und -stärke
2. Verbindungsart (z. B. Stumpf-, Überlappungs-, T-Verbindung)
3. Schweißposition (flach, horizontal, vertikal oder über Kopf)
4. Elektrodentyp und Durchmesser
5. Zusammensetzung des Schutzgases
6. Reisegeschwindigkeit
7. Gewünschte Schweißeigenschaften (Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit)

Bei manuellen Schweißverfahren wie dem Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) kann auch das Können des Schweißers eine Rolle bei der Bestimmung der optimalen Stromeinstellung spielen. Erfahrene Schweißer können mit höheren Stromstärken arbeiten und so einen tieferen Einbrand und eine höhere Verfahrgeschwindigkeit erreichen.

Es ist wichtig zu wissen, dass moderne Schweißstromquellen oft fortschrittliche Funktionen wie gepulste Strom- und Wellenformsteuerung bieten, die eine Feinabstimmung der Schweißparameter ermöglichen, um optimale Ergebnisse für bestimmte Anwendungen zu erzielen.

2. Durchmesser und Endform der Wolframelektrode

Die Endform der Wolframelektrode ist ein wichtiger Prozessparameter. Verschiedene Endformen werden je nach den Art des Schweißens Strom verwendet.

Die Größe des Spitzenwinkels α beeinflusst den zulässigen Strom der Wolframelektrode, den Lichtbogenstart und die Lichtbogenstabilität.

In Tabelle 1 ist der empfohlene Strombereich für die verschiedenen Wolfram-Elektrodenspitzengrößen aufgeführt.

Beim Schweißen mit niedrigem Strom kann die Verwendung einer Wolframelektrode mit kleinem Durchmesser und einem kleinen Kegelwinkel den Lichtbogen leicht zünden und stabil machen.

Beim Schweißen mit hohen Strömen kann eine Vergrößerung des Konuswinkels die Überhitzung und das Schmelzen der Spitze verhindern, die Verluste verringern und verhindern, dass sich der Lichtbogen nach oben ausbreitet und die Stabilität des Kathodenpunkts beeinträchtigt.

Auch der Spitzenwinkel der Wolframelektrode hat einen gewissen Einfluss auf die Tiefe und Breite der Schweißnaht. Eine Verringerung des Kegelwinkels verringert die Tiefe der Schweißnaht und vergrößert die Breite, und umgekehrt.

3. Gasdurchsatz und Düsendurchmesser

Die Optimierung des Gasdurchsatzes und des Düsendurchmessers ist entscheidend für die Erzielung einer hervorragenden Schweißqualität und Effizienz beim Metall-Schutzgasschweißen (GMAW). Diese Parameter haben einen direkten Einfluss auf die Schutzgasabdeckung, die Lichtbogenstabilität und die Integrität der Schweißnaht insgesamt.

Die Gasdurchflussmenge und der Düsendurchmesser stehen in einer symbiotischen Beziehung zueinander, mit einem optimalen Bereich, der die effektive Schutzzone maximiert und gleichzeitig Turbulenzen und Verunreinigungen minimiert. Ein unzureichender Gasstrom beeinträchtigt die Schutzwirkung und macht das Schweißbad anfällig für atmosphärische Verunreinigungen. Umgekehrt kann ein zu hoher Durchfluss zu Turbulenzen führen, die möglicherweise atmosphärische Gase mitreißen und die Schweißqualität beeinträchtigen.

Bei der Kalibrierung des Gasflusses sind die folgenden Faktoren zu berücksichtigen:

1. Niedrige Durchflussraten: Unzureichend für die Verdrängung der Umgebungsluft, was zu schlechter Abschirmung und möglichen Schweißnahtfehlern wie Porosität oder Oxidation führt.
2. Hohe Durchflussraten: Kann Turbulenzen erzeugen, die zu Gasverlusten und möglicher Verunreinigung der Schweißnaht durch Lufteinschlüsse führen.

Die Wahl des Düsendurchmessers ist ebenso entscheidend:

1. Unterdimensionierte Düsen: Erzeugen Gasströme mit hoher Geschwindigkeit, die zu Turbulenzen neigen, den geschützten Bereich einschränken und möglicherweise Schweißfehler verursachen.
2. Überdimensionierte Düsen: Behindern die Sicht, verringern die Gasflussgeschwindigkeit und mindern die allgemeine Schutzwirkung.

Um diese Parameter zu optimieren:

• Nutzen Sie CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) zur Visualisierung von Gasströmungsmustern und zur Optimierung des Düsendesigns.
• Verwenden Sie gepulste Gaszufuhrsysteme, um die Abdeckung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Gesamtgasverbrauch zu senken.
• Berücksichtigen Sie bei der Auswahl der Durchflussraten und Düsengrößen die Schweißposition, die Verbindungskonfiguration und die Materialeigenschaften.
• Implementierung von Echtzeit-Überwachungssystemen zur Anpassung des Gasflusses an die Schweißbedingungen.

Siehe Tabelle 2 für die Auswahl der handgehaltenen Gaswolfram Lichtbogenschweißen Düsenöffnung und Schutzgasdurchsatz.

4. Schweissgeschwindigkeit

Die Wahl der Schweißgeschwindigkeit hängt in erster Linie von der Werkstückdicke ab und muss sorgfältig mit anderen kritischen Parametern wie Schweißstrom, Vorwärmtemperatur und Elektrodentyp abgestimmt werden. Diese Synergie gewährleistet das Erreichen der erforderlichen Einschweißtiefe und -breite, die letztendlich die Qualität und Festigkeit der Schweißnaht bestimmen.

Bei automatischen Hochgeschwindigkeitsschweißverfahren, wie z. B. WIG-Roboter oder Laserschweißenist die Auswirkung der Schweißgeschwindigkeit auf die Wirksamkeit des Schutzgases ein entscheidender Faktor. Zu hohe Schweißgeschwindigkeiten können zu einer erheblichen Verzögerung des Schutzgasstroms führen, wodurch die Wolfram-Elektrodenspitze, die Lichtbogensäule und das Schweißbad möglicherweise atmosphärischen Verunreinigungen ausgesetzt werden. Dies kann zu Oxidation, Porosität und anderen Schweißfehlern führen, die die Integrität der Verbindung beeinträchtigen.

Um diese Risiken zu vermindern und einen optimalen Schutz zu gewährleisten, müssen Schweißer geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen. Dazu können gehören:

1. Erhöhung des Schutzgasdurchsatzes im Verhältnis zur Schweißgeschwindigkeit
2. Kippen des Schweißbrenners in einem berechneten Winkel (normalerweise 10-15 Grad) nach vorne, um den Gasstrom auf das vorrückende Schweißbad zu richten
3. Verwendung fortschrittlicher Gasdüsendesigns, die eine laminare Strömung und eine erweiterte Gasabdeckung bieten
4. Verwendung von Schleppschilden oder zusätzlichen Gasdiffusoren für verbesserten Schutz in kritischen Anwendungen

5. Düse-zu-Arbeitsabstand

Je größer der Abstand ist, desto schlechter ist die Schutzgaswirkung. Ist der Abstand jedoch zu gering, kann er die Sicht des Schweißers beeinträchtigen und leicht dazu führen, dass die Wolframelektrode das Schweißbad berührt, was zu einem Wolframeinschluss führt.

Im Allgemeinen liegt der Abstand zwischen dem Düsenende und dem Werkstück zwischen 8 und 14 mm.

In Tabelle 3 sind die Referenzschweißparameter für das Wolfram-Inertgasschweißen verschiedener Werkstoffe aufgeführt.