Lichtbogenarten beim MSG-Schweißen

Lichtbogenarten beim MSG-Schweißen

Bei dem seit 1948 bekannten Metallschutzgasschweißen, kurz MSG-Schweißen, handelt es sich um ein Lichtbogenschweißverfahren. Ein Schweißdraht, der meist zwischen 0,8 und 1,2mm dick ist, wird von einem Motor konstant nachgeführt und schmilzt ab.

Gleichzeitig strömt über eine Düse Gas aus, das das flüssige Metall unter dem Lichtbogen an der Schweißstelle vor Oxidation schützt. Dabei kann das MSG-Schweißen entweder als MAG– oder als MIG-Schweißen ausgeführt werden.

Beim MAG-Schweißen, dem Metallaktivgasschweißen, kommen aktive und damit reaktionsfähige Gase zum Einsatz. Üblicherweise handelt es sich dabei entweder um reines Kohlendioxid oder um eine Mischung aus Argon, Kohlendioxid und teils Sauerstoff. Beim MIG-Schweißen, dem Metallinertgasschweißen, finden inerte Gase Verwendung, meist sind dies die Edelgase Argon oder Helium. Während das MAG-Schweißen hauptsächlich beim Fügen von Stählen angewendet wird, werden NE-Metalle bevorzugt im MIG-Verfahren gefügt.

Gemeinsam ist beiden Schweißverfahren, dass der Lichtbogen eine maßgebliche Rolle spielt. Je nach Werkstoff werden die Parameter so eingestellt, dass der gewünschte Lichtbogen entsteht.

Dabei werden folgende Lichtbogenarten beim
MSG-Schweißen voneinander unterschieden:

Der Kurzlichtbogen

Beim Kurzlichtbogen findet ein Wechsel zwischen Kurzschluss und frei brennendem Lichtbogen statt. Es kommt zu einer kurzen Berührung zwischen dem Zusatzwerkstoff und dem Werkstück oder dem Schweißbad.

Der Kurzschluss führt zu einem hohen, schnell ansteigenden Kurzschlussstrom. Dadurch erwärmt sich die Drahtelektrode und ein Schweißtropfen löst sich ab. In dem Moment, in dem die Kurzschlussbrücke aufbricht, zündet der Lichtbogen erneut. Der Kurzlichtbogen wird gewählt, wenn im unteren Leistungsbereich gearbeitet wird.

Der Sprühlichtbogen

Unter dem Sprühlichtbogen geht der Zusatzdraht bei hoher Geschwindigkeit und nahezu kurzschlussfrei in das Schweißbad über. Der Lichtbogen brennt konstant. Der hohe Strom, der dadurch entsteht, führt dazu, dass sich stetig Schweißtropfen ablösen.

Magnetische Kräfte bewirken eine schnelle Abschnürung der einzelnen Schweißtropfen und damit einen kurzschlussfreien Übergang in das Schweißbad. Der Sprühlichtbogen wird im oberen Leistungsbereich eingesetzt.

Der fokussierte Sprühlichtbogen

Bei dieser Lichtbogenart sorgt eine spezielle Regelung dafür, dass ein stabiler und fokussierter Lichtbogen mit einem besonders hohen Lichtbogendruck entsteht. Elektrische Parameter ermöglichen es, den fokussierten Sprühlichtbogen entweder als breiten oder als schmalen Lichtbogen einzustellen.

Dies wiederum macht es möglich, das Einbrandprofil zu modellieren und entweder einen breiteren oder einen schmalen und tiefen Einbrand zu erzeugen.

Der Impulslichtbogen

Moderne MSG-Schweißgeräte bieten die Möglichkeit, einen Impulslichtbogen einzustellen. Dabei überlagern Stromimpulse den Gleichstrom, was dazu führt, dass der entstehende Gesamtstrom kurzzeitig in den Bereich des Sprühlichtbogens steigt. Dies liegt daran, dass die Stromimpulse die kritische Stromstärke für einen kurzen Moment überschreiten.

Die kritische Stromstärke ist die Stromstärke, bei der aus dem Übergangslichtbogen ein Sprühlichtbogen wird. Sie richtet sich nach der Zusammensetzung der Werkstoffe, dem verwendeten Schutzgas, dem Durchmesser der Elektrode und der Länge des freien Drahts. Durch den größeren Strom lösen sich die Schweißtropfen schneller ab, während sich die Größe der Tropfen gleichzeitig verkleinert.

Beim Impulslichtbogen finden zwei Phasen statt. Die eine Phase ist die Grundphase, bei der der Lichtbogen durch den Grundstrom aufrechterhalten wird. Während der Grundphase bleiben das Ende der Elektrode und das Schmelzbad zähflüssig. Die zweite Phase ist die Impulsstromphase, bei der der Strom erhöht ist. Dadurch schmilzt das Ende des Drahts und ein Tropfen löst sich.

Im Idealfall sind die Parameter so eingestellt, dass sich pro Impuls genau ein Tropfen ablöst. Insgesamt sind mit I/I, I/U, U/I und U/U vier verschiedene Impulsmodulationen möglich, bei spannungs- oder stromgeregeltem Strom. Der erste Buchstabe steht für die Regelung der Impulsphase, der zweite Buchstabe für die Grundstromregelung. In der Praxis finden jedoch nur die I/I- und die U/I-Modulation Anwendung.

Beim Impulsstromverfahren kann der Wärmeeintrag sehr präzise gesteuert werden. Daher eignet es sich auch für das verzugsarme Schweißen von dünnwandigen Blechen.

Der Impulslichtbogen mit Wechselstrom

Diese Lichtbogenart verbindet den Impulslichtbogen mit der Technik des Wechselstroms. Ist der Draht positiv gepolt, knüpft der Lichtbogen am Drahtende an. Ein kleiner Teil der Lichtbogenenergie wird in das freie Ende des Drahts gekoppelt, während der überwiegende Teil der Energie in das Bauteil geleitet wird. Bei negativer Polung des Drahts entsteht genau der gegenteilige Effekt.

So setzt der Lichtbogen weiter oben an und nutzt eine größere Ansatzfläche als freies Drahtende. Dadurch fließt mehr Wärme in das Drahtende, der Draht wird stärker erhitzt und die Abschmelzleistung erhöht sich.

Gleichzeitig gelangt weniger Lichtbogenenergie in das Bauteil, was dessen Belastung reduziert. Die höhere Abschmelzleistung kann entweder für eine schnellere Schweißgeschwindigkeit oder ein größeres Füllvolumen genutzt werden. Da die Wärmeeinbringung in das Bauteil exakt gesteuert werden kann, eignet sich der Impulslichtbogen mit Wechselstrom hervorragend beim Schweißen von dünnen Blechen und wärmeempfindlichen Werkstoffen.

Der Übergangslichtbogen

Beim Übergangslichtbogen wechseln sich Kurzschlüsse und Sprühübergänge ab, die Reihenfolge ist jedoch unregelmäßig. Außerdem kommt es vermehrt zu Spritzern, denn der vergleichsweise hohe Strom wirkt mit größerer Kraft auf die Schweißtropfen ein. Eine effektive Nutzung des Übergangslichtbogens ist deshalb praktisch unmöglich.

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