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Was ist WIG-Schweissen?

Berufliches Fachwissen: Job Knowledge 6

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Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen) ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem die Schweißnaht mit einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode erzeugt wird.

Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen), das in Amerika Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) genannt wird, wurde in den 1940er Jahren über Nacht zum Erfolg beim Verbinden von Magnesium und Aluminium. Durch die Verwendung eines Schutzgases 

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Merkmale des WIG-Schweißverfahrens

Beim WIG-Schweißen wird der Lichtbogen zwischen einer spitzen Wolframelektrode und dem Werkstück in einer inerten Schutzgas-Atmosphäre aus Argon oder Helium erzeugt. Der kleine, intensive Lichtbogen, den die spitze Elektrode erzeugt, ist ideal für qualitativ hochwertige und präzise Schweißarbeiten. Wenn ein Schweißzusatz erforderlich ist, muss dieser dem Schweißbad separat zugeführt werden, da die Elektrode während des Schweißens nicht abschmilzt.

Stromquelle

Das WIG-Schweißen muss mit einer abfallenden Konstantstromquelle betrieben werden – entweder mit Gleich- oder Wechselstrom. Eine Konstantstromquelle ist unerlässlich, um zu vermeiden, dass zu hohe Ströme gezogen werden, wenn die Elektrode auf der Werkstückoberfläche kurzgeschlossen wird. Dies kann entweder absichtlich beim Zünden des Lichtbogens oder versehentlich während des Schweißens geschehen. Wird, wie beim MIG-Schweißen, eine Stromquelle mit flacher Charakteristik verwendet, würde jeder Kontakt mit der Werkstückoberfläche die Elektrodenspitze beschädigen oder die Elektrode mit der Werkstückoberfläche verschmelzen. Da beim Gleichstromschweißen die Wärme des Lichtbogens etwa zu einem Drittel an der Kathode (negativ) und zu zwei Dritteln an der Anode (positiv) abgegeben wird, ist die Elektrode normalerweise negativ gepolt, um Überhitzung und Schmelzen zu vermeiden. Der alternative Stromquellenanschluss der Gleichstromelektrode mit positiver Polarität hat jedoch den Vorteil, dass die Oberfläche von Oxidverunreinigungen gereinigt wird, wenn das Werkstück die Kathode ist. Aus diesem Grund wird beim Schweißen von Metallen mit einer hartnäckigen Oxidschicht auf der Oberfläche, wie z. B. Aluminium, Wechselstrom verwendet.

Zünden des Lichtbogens

Der Lichtbogen kann durch Anritzen der Oberfläche gezündet werden, wodurch ein Kurzschluss entsteht. Erst wenn der Kurzschluss unterbrochen wird, fließt der Hauptschweißstrom. Es besteht jedoch die Gefahr, dass die Elektrode an der Oberfläche haften bleibt und einen Wolframeinschluss in der Schweißnaht verursacht. Dieses Risiko lässt sich mit der „Lift-Arc“-Technik minimieren, bei der der Kurzschluss bei einem sehr niedrigen Stromniveau erzeugt wird. Die gebräuchlichste Art, den WIG-Lichtbogen zu zünden, ist die Hochfrequenzzündung (HF-Zündung). Sie führt zu Hochspannungsfunken von mehreren tausend Volt, die einige Mikrosekunden lang anhalten. Die Hochfrequenzzündung bewirkt, dass der Spalt zwischen Elektrode und Werkstück aufbricht oder ionisiert wird. Sobald sich eine Elektronen-/Ionenwolke gebildet hat, kann Strom aus der Stromquelle fließen.

Hinweis: Da die Hochfrequenzzündung eine ungewöhnlich hohe elektromagnetische Emission erzeugt, sollten sich Schweißer darüber im Klaren sein, dass ihre Verwendung insbesondere bei elektronischen Geräten zu Störungen führen kann. Da die elektromagnetischen Emissionen wie Radiowellen durch die Luft oder über Stromkabel übertragen werden können, muss darauf geachtet werden, dass Störungen von Kontrollsystemen und Instrumenten in der Nähe des Schweißens vermieden werden.

Hohe Frequenzen auch für die Stabilisierung des Wechselstromlichtbogens wichtig; beim Wechselstrom wird die Elektrodenpolarität etwa 50 Mal pro Sekunde umgekehrt, so dass der Lichtbogen bei jedem Polaritätswechsel erlischt. Um sicherzustellen, dass der Lichtbogen bei jeder Umpolung wieder gezündet wird, werden Hochfrequenz-Funken über dem Elektroden-/Werkstückspalt erzeugt, die mit dem Beginn jedes Halbzyklus zusammenfallen.

Elektroden

Elektroden für das Gleichstromschweißen bestehen normalerweise aus reinem Wolfram mit 1 bis 4 % Thorium zur Verbesserung der Lichtbogenzündung. Alternative Zusätze sind Lanthanoxid und Ceroxid, die angeblich bessere Leistungen erbringen (Lichtbogenzündung und geringerer Elektrodenverbrauch). Es ist wichtig, den richtigen Elektrodendurchmesser und Spitzenwinkel für die Höhe des Schweißstroms zu wählen. In der Regel gilt: Je niedriger der Strom, desto kleiner der Elektrodendurchmesser und der Spitzenwinkel. Beim Wechselstromschweißen wird, da die Elektrode bei einer viel höheren Temperatur arbeitet, Wolfram mit einem Zirkoniumdioxid-Zusatz verwendet, um die Elektrodenerosion zu verringern. Es ist zu beachten, dass es wegen der großen Hitzeentwicklung an der Elektrode schwierig ist, eine spitze Spitze zu erhalten, und das Ende der Elektrode ein kugelförmiges Profil annimmt.

Schutzgas

Die Auswahl des Schutzgases richtet sich nach dem zu schweißenden Material. Die folgenden Richtlinien können dabei helfen:

  • Argon: Das am häufigsten verwendete Schutzgas, das zum Schweißen einer breiten Palette von Werkstoffen wie Stahl, Edelstahl, Aluminium und Titan verwendet werden kann.
  • Argon + 2 bis 5 % H2: durch den Zusatz von Wasserstoff zu Argon wird das Gas leicht reduzierend, was die Herstellung von sauberer aussehenden Schweißnähten ohne Oberflächenoxidation fördert. Da der Lichtbogen heißer und enger ist, sind höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich. Zu den Nachteilen gehören das Risiko von Wasserstoffrissen in Kohlenstoffstählen und die Porosität des Schweißguts in Aluminiumlegierungen.
  • Helium und Helium-Argon-Gemische: Durch Zugabe von Helium zu Argon wird die Temperatur des Lichtbogens erhöht. Dies begünstigt höhere Schweißgeschwindigkeiten und einen tieferen Einbrand der Schweißnaht. Nachteilig bei der Verwendung von Helium oder Helium-Argon-Gemischen sind die hohen Gaskosten und die Schwierigkeiten beim Zünden des Lichtbogens.

Anwendungen

Das WIG-Schweißen wird in allen Industriezweigen angewandt, eignet sich aber besonders für hochwertige Schweißarbeiten. Beim manuellen Schweißen ist der relativ kleine Lichtbogen ideal für dünne Bleche oder kontrollierten Einbrand (im Wurzelbereich von Rohrschweißnähten). Da die Abschmelzleistung recht gering sein kann (bei Verwendung eines separaten Schweißzusatzes), sind E-Hand- oder MIG-Schweißungen für dickere Materialien und für Fülllagen bei dickwandigen Rohrschweißungen vorzuziehen.

Das WIG-Schweißen ist auch in mechanisierten Systemen weit verbreitet, entweder autogen oder mit Zusatzdraht. Für das Orbitalschweißen von Rohren, das bei der Herstellung von Chemieanlagen oder Kesseln verwendet wird, sind jedoch mehrere handelsübliche Systeme erhältlich. Diese Systeme erfordern keine handwerklichen Fähigkeiten, aber der Bediener muss gut geschult sein. Da der Schweißer weniger Kontrolle über den Lichtbogen und das Verhalten des Schweißbads hat, muss er der Kantenvorbereitung (maschinell statt von Hand), dem Einpassen der Verbindung und der Kontrolle der Schweißparameter besondere Aufmerksamkeit widmen.

Dieser Job-Knowledge-Artikel wurde ursprünglich auf Englisch in Connect, März 1995, veröffentlicht. Er wurde seitdem aktualisiert und übersetzt, so dass diese Webseite nicht mehr genau der ursprünglich gedruckten Version entspricht.

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