Der Lichtbogen als Ursache für Schweißspritzer beim MSG-Schweißen, Teil 1
Das Metall-Schutzgas-Schweißen, kurz MSG-Schweißen, zählt zu den Schweißverfahren, die in der Fügetechnik weit verbreitet sind und sehr häufig angewendet werden. Allerdings ist die Spritzerbildung ein echter Minuspunkt. Anders als beim WIG- und beim Plasmaschweißen, wo es praktisch gar nicht zu Schweißspritzern kommt, lassen sich Schweißspritzer beim MSG-Schweißen nie ganz vermeiden.
Damit stellt sich die Frage, warum nicht grundsätzlich auf das WIG- und Plasmaschweißen ausgewichen wird, um eine Spritzerbildung von vorneherein zu vermeiden.
Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns das MSG-Schweißen und die Ursache für Schweißspritzer genauer anschauen:
Inhalt
Warum ist das MSG-Schweißen so beliebt?
Dass das MSG-Schweißen am häufigsten eingesetzt wird, um Bleche zu fügen, hat in erster Linie wirtschaftliche Gründe. Verglichen mit dem WIG- und dem Plasmaschweißen, ist die Abschmelzleistung des Zusatzwerkstoffs beim MSG-Schweißen besser.
Außerdem kann eine höhere Schweißgeschwindigkeit erzielt werden. Ein Grund dafür sind die drei Lichtbogenarten, die beim MSG-Schweißen genutzt werden können. Darauf gehen wir gleich noch näher ein.
Wegen der Schweißspritzer scheidet das MSG-Schweißen aber prinzipiell immer dann aus, wenn eine einwandfreie Optik das wesentliche Ziel ist. Denn Schweißspritzer nachträglich zu entfernen, nimmt Zeit in Anspruch und verursacht Zusatzkosten.
Außerdem gibt es Metalle, bei denen Nacharbeiten möglichst vermieden werden sollen, weil sonst das Oberflächenbild ruiniert werden könnte. Edelstahl ist ein Beispiel dafür.
Soll möglichst wenig Nacharbeit notwendig sein und ist der Zeitfaktor nicht ausschlaggebend, sind das WIG- und das Plasmaschweißen also tatsächlich die bessere Wahl als das MSG-Schweißen.
Was passiert beim MSG-Schweißen?
Beim MSG-Schweißen schmilzt ein endloser Schweißdraht als Zusatzwerkstoff unter Einwirkung von großer Hitze unter einer Abdeckung aus Schutzgas ab. Die Energie, die notwendig ist, damit der Schweißdraht schmelzen kann, erzeugt ein Lichtbogen.
Der Lichtbogen besteht aus ionisiertem Schutzgas. Denn wenn der Lichtbogen gezündet wird, entstehen so hohe Temperaturen, dass sich das neutrale Schutzgas in positiv geladene Atome und negativ geladene Elektronen auflöst.
Das Werkstück liegt meist am negativen Pol des Schweißkreises an. Das hat zur Folge, dass zwischen der Spitze des Drahts und dem Werkstück eine Lichtbogensäule entsteht.
Der Draht schmilzt nun in dieser Lichtbogensäule ab und wandert ins Schweißbad. Je nachdem, welches Schutzgas verwendet wird und in welchem Bereich sich die Stromstärke bewegt, gibt es den Lichtbogen in verschiedenen Arten.
Die Glocke, die das Schutzgas bildet, beugt Schweißfehlern vor. So verhindert sie zum Beispiel, dass Sauerstoff, Wasserstoff und andere Partikel aus der Umgebungsluft an die Schweißstelle gelangen, diese verunreinigen und Poren oder Risse hervorrufen.
Unter der Glocke aus Schutzgas füllt der geschmolzene Draht die Fuge zwischen den beiden Blechen oder Werkstücken auf. Nachdem die geschweißte Stelle abgekühlt ist, ist eine dauerhafte Verbindung vorhanden.
Warum ist der Lichtbogen eine Ursache für Schweißspritzer beim MSG-Schweißen?
Je nachdem, wie dick die Bleche sind, die verschweißt werden sollen, und je nach beabsichtigter Schweißgeschwindigkeit kommen beim MSG-Schweißen unterschiedliche Lichtbogenarten zum Einsatz.
Die drei gängigsten Formen, die in mehr als 90 Prozent aller Fälle angewendet werden, sind der Kurzlichtbogen, der Sprühlichtbogen und der Impulslichtbogen.
Der Kurzlichtbogen
Mit dem Kurzlichtbogen wird vor allem dann geschweißt, wenn dünne Bleche bis zu einer Stärke von etwa zwei Millimetern gefügt werden sollen. Außerdem kommt er zum Einsatz, wenn die Stärke des Schweißstroms unter 200 Ampere bleibt.
Ein charakteristisches Merkmal beim MSG-Schweißen mit einem Kurzlichtbogen ist der Kurzschluss, der immer dann auftritt, wenn ein geschmolzenes Stück Draht in das Schmelzbad kommt.
Weil dieser Vorgang nicht kontrollierbar ist, neigt der Prozess stark zur Bildung von Schweißspritzern. Beim Kurzlichtbogen passiert es regelmäßig, dass ein flüssiger Drahttropfen platzt und als Schweißspritzer neben dem Schweißbad liegen bleibt.
Ein sogenannter geregelter Kurzlichtbogen kann diesen Vorgang deutlich verbessern. Er begrenzt den Kurzschlussstrom und unterdrückt dadurch den Spritzer-Effekt stark.
Der Sprühlichtbogen
Sollen Bleche geschweißt werden, die dicker sind als zwei Millimeter, ist eine höhere Stromstärke notwendig. Sie stellt sicher, dass der Einbrand tief genug ist. Bei einer Stromstärke zwischen 200 und 500 Ampere wird deshalb mit einem Sprühlichtbogen gearbeitet.
Ein Sprühlichtbogen brennt ohne Unterbrechungen durch Kurzschlüsse. Der Schweißdraht schmilzt unter hoher Leistung an und teilt sich in sehr feine Tröpfchen auf. Gelangen diese Tröpfchen ins Schweißbad, verursacht der Vorgang kaum Schweißspritzer.
Allerdings gelangen eben nicht alle Tröpfchen ins Schweißbad. Stattdessen landen einige davon fein und gleichmäßig verteilt neben dem Schweißbad. Auf diese Weise kann eine durchaus beachtliche Menge an Schweißspritzern zusammenkommen.
Der Impulslichtbogen
Beim MSG-Schweißen ermöglicht der Impulslichtbogen die beste Kontrolle über den Schweißvorgang. Er eignet sich für Bleche, die zwischen einem halben und vier Millimetern stark sind.
Der Impulslichtbogen basiert auf einem Wechsel zwischen dem Grundstrom und dem Impulsstrom, der nach der vorgegebenen Frequenz und Impulszeit stattfindet. Dabei erhöht sich die Stromstärke, bis sich der Draht verflüssigt und exakt ein Tropfen ins Schmelzbad übergeht, ohne dass es dabei zu einem Kurzschluss kommt.
Jeder Impuls sorgt also dafür, dass ein flüssiger Tropfen ins Schmelzbad gelangt. Und wenn dieser Tropfen im Schmelzbad landet, entsteht kein Schweißspritzer. In der Praxis passiert es aber, dass doch Kurzschlüsse verursacht werden.
Denn ein Schweißtropfen zieht sich manchmal so sehr in die Länge, dass er unten schon das Schweißbad berührt, sich oben aber noch nicht vom Ende des Drahts gelöst hat.
In der Folge entsteht eine leitende Verbindung zwischen dem Draht und dem Schweißbad, die letztlich zu einem Kurzschluss führt. Der Tropfen platzt dann auf und ruft die gleichen Schweißspritzer hervor wie ein Kurzlichtbogen.
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Thema: Der Lichtbogen als Ursache für Schweißspritzer beim MSG-Schweißen, Teil 1
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