Wissenswertes über Stromdüsen, Teil 2

Wissenswertes über Stromdüsen, Teil 2

Auch wenn die Stromdüse an einem MIG/MAG-Brenner ein sehr kleines Bauteil ist, gehört sie zu den wichtigsten Verschleißteilen überhaupt. Denn sie hat maßgeblichen Einfluss auf die Qualität des Schweißprozesses und auf die Standzeit in der schweißtechnischen Fertigung. Kaum ein anderes Bauteil ist annähernd so nah am Schweißprozess wie die Stromdüse und unterliegt einem vergleichbar hohen Verschleiß.

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Wissenswertes über Stromdüsen, Teil 2

Weil das Bauteil also durchaus Aufmerksamkeit verdient, haben wir in einem zweiteiligen Beitrag Wissenswertes über Stromdüsen zusammengetragen. Dabei ging es in Teil 1 um die Aufgabe, die Problematiken und die verschiedenen Typen von Stromdüsen.

Hier ist Teil 2!:

Die verschiedenen Materialeigenschaften von Stromdüsen

Wie in Teil 1 schon kurz angedeutet, werden bei den Schweißstromdüsen drei grundlegende Materialien voneinander unterschieden. Jedes Material hat seine spezifischen Eigenschaften und ist daher für bestimmte Anwendungen besser geeignet als für andere.

E-Cu-Stromdüsen

E-Cu-Stromdüsen sind aus reinem Elektrolytkupfer hergestellt und haben nach Vickers eine Härte von ungefähr 110 bis 115 HV. Die Reinheit des Kupfers bringt eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine gute elektrische Leitfähigkeit mit sich. Damit stellen solche Stromdüsen eine hervorragende Stromübertragung sicher.

Die Erweichungstemperatur des Kontaktrohrs liegt bei ungefähr 260 Grad Celsius. Aus diesem Grund eignen sich E-Cu-Stromdüsen vor allem für Schweißarbeiten im niedrigen Ampere-Bereich und bei eher geringen Standzeiten.

Alles in allem weisen E-Cu-Stromdüsen sehr gute Prozesseigenschaften auf, sind aber recht verschleißanfällig.

CuCrZr-Stromdüsen

Die Bestandteile von CuCrZr-Stromdüsen sind Kupfer, Chrom und Zirkonium. Die Kombination dieser Elemente sorgt für eine hohe thermische Belastbarkeit, denn Chrom und Zirkonium sind sehr hart. Der Stromübergang ist zwar etwas schlechter als bei Stromdüsen aus reinem Kupfer. Bei den meisten Schweißprozessen macht sich das aber praktisch nicht bemerkbar.

Die Härte von CuCrZr-Stromdüsen beträgt etwa 168 HV, die Temperaturbeständigkeit ist bis ungefähr 500 Grad Celsius gegeben. Die hohe Härte und die hohe thermische Belastbarkeit machen diese Stromdüsenart quasi zum Standardtyp.

Trotz hoher Prozessbelastung ist die Anfälligkeit für Verschleiß vergleichsweise niedrig. Allerdings muss der Schweißer den Durchmesser der Bohrung genau auf den Drahtdurchmesser abstimmen.

Ein zu kleiner Durchmesser der Bohrung in der Stromdüse hat nämlich zur Folge, dass sich das Kontaktrohr schnell zusetzt. Ist der Durchmesser der Bohrung andersherum zu groß, begünstigt das die Entstehung von Festbrennern.

Beim Schweißen mit Impuls- oder Sprühlichtbogen im hohen Ampere-Bereich ist die Belastung so stark, dass die thermische Belastbarkeit einer CuCrZr-Stromdüse schnell erreicht oder sogar überschritten werden kann. Das macht sich durch eine bläulich-schwarze Verfärbung des Kupfermaterials bemerkbar.

Wird dann weiterhin mit einer hohen thermischen Belastung geschweißt, kommt es zu einem sogenannten ovalen Auswaschen. Dabei erweicht das Kupfermaterial, der Draht erodiert in die Bohrung und kann sich festbrennen. In diesem Fall muss die Stromdüse ausgetauscht werden.

HDS-Stromdüsen

Das Kürzel HDS steht für Heavy Duty Silver. Bei diesen Stromdüsen ist der Innenkern um die Bohrung herum aus einem disperionsverfestigten Kupfer mit mineralischen Bestandteilen hergestellt. Dadurch ist der Innenkern sehr hart und gleichzeitig extrem wärmebeständig.

Wenn CuCrZr-Stromdüsen an ihre Grenzen kommen und bei Schweißprozessen mit starker thermischer Belastung und hohem Verschleiß können HDS-Stromdüsen die Stärken ihrer besonderen Zusammensetzung ausspielen.

Zwar büßt das Kontaktrohr wegen der Materialkombination an elektrischer Leitfähigkeit ein, aber die Silberbeschichtung gleicht das wieder aus.

Bei Schweißprozessen mit hoher Leistungsaufnahme in Kombination mit hoher Einschaltdauer überzeugen HDS-Stromdüsen mit ihrem geringen Verschleiß und ihrer Standzeit.

Aus diesem Grund werden diese Stromdüsen gerne bei luftgekühlten Schweißbrennern eingesetzt, wenn die Einschaltdauer grenzwertig und der Schweißstrom hoch ist. Erhältlich sind die Spezialdüsen in allen gängigen Standard-Geometrien.

Die passenden Drähte für die Stromdüsen

Grundsätzlich können alle drei Arten von Stromdüsen mit sämtlichen Drahtarten genutzt werden. Die individuellen Eigenschaften bringen allerdings kleine Unterschiede mit sich.

Beim Schweißen kommen Drähte aus Kohlenstoffstahl mit und ohne Kupferauflage, aus Edelstahl, aus Edelstahllegierungen, aus Aluminium, aus Kupfer-Lötlegierungen sowie Fülldrähte zum Einsatz.

Die Reinheit der Drähte und die Beschaffenheit ihrer Oberflächen führt dazu, dass die Drähte verschieden abrasiv sind. So schaben sich zum Beispiel Fülldrähte und einige Drähte ohne Kupferauflage sehr stark ab. Sie sollten deshalb zusammen mit den harten CuCrZr-Stromdüsen verwendet werden.

Beim Schweißen von Aluminium bieten sich E-Cu-Stromdüsen an. Das liegt daran, dass ein Alu-Draht weniger leitend ist als ein verkupferter Draht. Die Stromdüse aus reinem Elektrolytkupfer sorgt dann für die richtige Stromübertragung. Mit CuCrZr-Stromdüsen ist es ebenfalls möglich, Aluminium zu schweißen.

Die erhöhte thermische Ausdehnung von Aluminium macht es dann aber erforderlich, eine Stromdüse mit einer etwas größeren Innenbohrung zu verwenden.

Wenn es um die Auswahl von geeigneten Stromdüsen geht, ist es ratsam, beim Hersteller des Schweißbrenners nachzufragen oder sich vom Händler des Vertrauens beraten zu lassen.

Die meisten Anbieter haben neben Schweißbrennern auch Ersatz- und Verschleißteile im Sortiment. Außerdem können sie weiterhelfen, wenn spezielle Geometrien benötigt werden, weil die Standard-Lösungen nicht passen.

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Rudolf Bozart, - Schweißfachingenieur, Gerd Meinken - Schweißwerkmeister, Thorsten Kamps, Schweißer, Coautor und Buchautor und Christian Gülcan Unternehmer und Betreiber der Webseite, 2 Jahre Vertrieb von Dienstleistungen in Mechanik- und Mettallbearbeitung, schreiben hier alles Wissenswerte zu Schweißtechniken und Schweißverfahren, geben Tipps und Anleitungen zu Berufen, Schweißgeräten, Materialkunde und Weiterbildung.

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