Fachinformationen zum Wolfram-Inertgasschweißen

Fachinformationen zum Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) 

Das Wolfram-Inertgasschweißen, kurz WIG-Schweißen, ist ein Schmelzschweißverfahren und gehört zu den wichtigsten Schweißverfahren bei der Verarbeitung von hochlegierten Stählen und allen Nichteisenmetallen.

Beim WIG-Schweißen brennt ein Lichtbogen zwischen einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Zum Schutz des Schweißbades und der Wolframelektrode werden inerte Gase wie Argon, Helium oder Gasgemische verwendet, die aus einer keramischen Gasdüse austreten.

 

Das Wolfram-Inertgasschweißen wurde 1936 unter der Bezeichnung Argonarc-Schweißen entwickelt und bekannt. In Europa setzte sich das Schweißverfahren erst ab Anfang der 1950er-Jahre durch. Im englischsprachigen Raum wird das WIG-Schweißen TIG bezeichnet, wobei das T für Tungsten und damit für Wolfram steht, in der EN ISO 4063 hat das WIG-Schweißen die Ordnungsnummer 141.    

Hier nun die wesentlichen Fachinformationen zum Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) im kompakten Überblick:

Die Vorteile

Gegenüber anderen Schweißverfahren bietet das WIG-Schweißen eine Reihe von Vorteilen:

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Der größte Vorteil beim WIG-Schweißen liegt in der universellen Einsetzbarkeit. So können alle schmelzschweißgeeigneten Werkstoffe ab einer Dicke von 0,6mm verschweißt werden.

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Das WIG-Schweißen ist ein sehr sauberes Schweißverfahren, bei dem praktisch keine Schweißspritzer entstehen.

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Beim WIG-Schweißen wird mit einer Elektrode gearbeitet, die nicht abschmilzt. Aus diesem Grund sind die Zugabe von Schweißzusätzen und die Stromstärke nicht aneinander gekoppelt, was bedeutet, dass der Schweißer den Schweißstrom optimal auf die jeweilige Schweißaufgabe abstimmen kann und Schweißzusätze immer nur nach Bedarf hinzufügen muss.

Damit eignet sich das WIG-Schweißen hervorragend zum Schweißen in Zwangslagen und von Wurzellagen.

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Der Schweißverzug ist geringer als bei anderen Verfahren, weil der Wärmeeintrag relativ gering und kleinräumig stattfindet.

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Die Schweißnähte weisen eine gute Qualität auf, wobei beim WIG-Schweißen hohe Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden können.

Daher wird das WIG-Schweißen in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, angefangen in Edelstahl-, Aluminium- und Dünnblech verarbeitenden Betrieben über den Rohrleitungs- und Apparatebau bis hin zur der chemischen Industrie.

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Beim WIG-Schweißen entsteht nur verhältnismäßig wenig Schweißrauch, so dass sich die gesundheitliche Belastung für den Schweißer in Grenzen hält. 

Die Ausrüstung

Eine Anlage für das WIG-Schweißen setzt sich aus einer Stromquelle, die im Normalfall auf Gleichstrom- oder auf Wechselstromschweißen eingestellt werden kann, und aus einem Schweißbrenner zusammen. Der Schweißbrenner ist durch ein Schlauchpaket mit der Stromquelle verbunden und das Schlauchpaket umfasst die Schweißstromleitung, die Zuführung des Schutzgases sowie die Steuerleitung. Bei größeren Brennern enthält das Schlauchpaket außerdem noch den Zu- und den Rücklauf des Kühlwassers.

Der Lichtbogen kann in zwei Varianten gezündet werden, nämlich entweder per Kontaktzündung oder per Hochfrequenzzündung:

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Bei der ursprünglichen Kontaktzündung, die auch als Streich- oder Anreißzündung bezeichnet wird, wird das Werkstück vergleichbar mit einem Streichholz kurz mit der Wolframelektrode angerieben und auf diese Weise ein Kurzschluss erzeugt.

Wenn die Elektrode wieder abgehoben wird, brennt der Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Bei jeder Zündung bleibt allerdings etwas Material von der Wolframelektrode hängen und bleibt als Fremdkörper im Schmelzbad zurück.

Um dies zu verhindern, wurde daher häufig eine Kupferplatte auf das Werkstück gelegt und die Zündung hierauf durchgeführt. Die moderne Variante der Kontaktzündung ist die sogenannte Lift-Arc-Zündung. Dabei wird die Elektrode unmittelbar auf der zu verschweißenden Stelle auf das Werkstück aufgesetzt.

Der durchfließende Strom reicht nicht aus, um die Elektrode zu beschädigen. Nach dem Abheben zündet der Plasmalichtbogen und die Elektronik der Schweißanlage erhöht zeitgleich den Strom bis die Schweißstromstärke erreicht ist.    

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Bei der Hochfrequenzzündung gibt ein Hochfrequenzzünder eine hohe Spannung auf die Wolframelektrode. Dadurch wird das Gas zwischen der Elektrode und dem Werkstück ionisiert und der Lichtbogen gezündet.

Als Schutzgase werden beim WIG-Schweißen inerte Gase wie Argon, Helium, Stickstoff oder Gemische daraus verwendet, teilweise werden weitere Gase wie beispielsweise Wasserstoff zugesetzt.  

Die Technik

Beim WIG-Schweißen wird zwischen dem Gleichstrom- und dem Wechselstromschweißen unterschieden. Mittels Gleichstromschweißen werden in erster Linie legierte Stähle, Nichteisenmetalle und deren Legierungen verschweißt, die Wolframelektrode liegt dabei auf dem Minuspol.

Leichtmetalle wie beispielsweise Aluminium werden durch das Wechselstromschweißen gefügt, die Wolframelektrode liegt auf dem Pluspol.

Dies ist deshalb notwendig, weil Leichtmetalle üblicherweise eine harte Oxidschicht mit sehr hohem Schmelzpunkt auf der Oberfläche aufweisen. Durch die Minuspolung des Werkstücks wird diese Oxidschicht zerstört. 

Die Arbeitssicherheit

Im Rahmen der berufsgenossenschaftlichen Vorschriften informiert die BGI 746 über den sicheren Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden für das WIG-Schweißen. Zudem werden hier die notwendigen Schutzmaßnahmen erläutert, durch die mögliche Gefährdungen bei der Arbeit mit solchen Elektroden ausgeschlossen oder zumindest auf ein akzeptables Maß reduziert werden können.

Thorium ist gering radioaktiv und entwickelt gesundheitsschädigende Stäube. Da jedoch Lanthan sowie anderweitig legierte Wolframelektroden verfügbar sind, wird heutzutage auf den Einsatz von Wolframelektroden, die mit Thorium legiert sind, weitestgehend verzichtet.  

Das WIG-Impulsschweißen

Eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens ist das WIG-Impulsschweißen, also das Schweißen mit pulsierendem Strom. Der Schweißstrom pulsiert dabei zwischen einem Grundstrom und einem Impulsstrom mit unterschiedlich einstellbaren Frequenzen sowie Stromhöhen und -breiten, die jeweils getrennt voneinander eingestellt werden können.

Notwendig für das Impulsschweißen ist jedoch ein besondere Schweißanlage. Da die Wärmeeinbringung fein dosiert werden kann, führt das WIG-Impulsschweißen zu einer guten Spaltüberbrückung, einer guten Wurzelschweißung und eignet sich auch für das Schweißen in Zwangslagen.

Zudem können Schweißnahtfehler weitestgehend vermieden werden. Das WIG-Impulsschweißen wird als manuelles oder teilmechanisiertes WIG-Schweißen mit einem Zuatzwerkstoff durchgeführt.

Werden Leichtmetalle verschweißt, kann lediglich die Oberfläche angeschmolzen werden, wodurch es nicht zu einem Durchschmelzen des Werkstoffes kommt. Der stabile Lichtbogen und die konzentrierte Wärmeeinbringung machen es möglich, ein kleines Schmelzbad zu definieren, so dass auch dünne Bleche tadellos gefügt werden können und insbesondere bei Kehlnähten kann die Ecke besser erfasst werden als beim Schweißen mit konstantem Strom.

Entscheidenden Einfluss auf den Schweißprozess nehmen die Zusammensetzung des Schutzgases sowie die Legierung der Wolframelektrode.

Weiterführende Schweißverfahren, Techniken und Anleitungen:

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