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von uumlber 40 Jahren in der SchweiszligtechnikMIT DER ERFAHRUNG

Die EWM WIG-Fibel

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1 1002Art Nr WM022200

Inhalt1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines 222 Stromart 323 Elektroden 324 Schutzgase 4

3 Fugenvorbereitung 531 Fugenformen 532 Anbringen der Schweiszligfuge 533 Badsicherung 534 Formieren 6

4 Der Schweiszligbrenner 641 Kuumlhlung 642 Aufbau des Brenners 743 Ausbildung des Elektrodenendes 7

5 Schweiszliggeraumlte 851 Steuerung 852 Stromquellen 9

6 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1161 Auswahl des Schweiszligzusatzes 1162 Einstellen der Schutzgasmenge 1263 Reinigung der Werkstuumlckoberflaumlche 1264 Zuumlnden des Lichtbogens 1365 Fuumlhren des Brenners 1366 Magnetische Blaswirkung 1467 Schweiszligpositionen 1468 Schweiszligparameter 1569 Schweiszligen mit Stromimpulsen 15610 Moumlglichkeiten des Mechanisierens 17611 Arbeitssicherheit 17

7 Besonderheiten verschiedener Werkstoffe 1871 Un- und niedriglegierte Staumlhle 1872 Austenitsche CrNi-Staumlhle 1973 Aluminium und Aluminiumlegierungen 1974 Kupfer und Kupferlegierungen 2175 Sonstige Werkstoffe 21

8 Anwendung des WIG-Schweiszligens 2281 Fertigungszweige 2282 Anwendungsbeispiele 22

9 Schrifttum 24

10 Impressum 24

Die EWM WIG-Fibel

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2 1002Art Nr WM022200

1 VorwortDas WIG-Schweiszligverfahren (Bild 1)ndash dievolle Bezeichnung fuumlr dieses Verfahrenlautet nach DIN 1910 ndash Teil 4 Wolfram-Inertgasschweiszligen ndash stammt aus denUSA und wurde dort 1936 unter demNamen Argonarc-Schweiszligen bekanntErst nach dem 2 Weltkrieg wurde es inDeutschland eingefuumlhrt In den englischsprechenden Laumlndern heiszligt das Verfah-ren TIG nach englisch rdquoTungstenrdquo fuumlrWolfram Das Verfahren zeichnet sichgegenuumlber anderen Schmelzschweiszlig-verfahren durch eine Reihe von interes-santen Vorteilen aus Es ist zBuniversell anwendbar Wenn ein metalli-scher Werkstoff uumlberhaupt schmelz-schweiszliggeeignet ist dann laumlszligt er sich mitdiesem Verfahren fuumlgen Zum anderen istes ein sehr rdquosauberesrdquo Verfahren daskaum Spritzer und nur wenig Schadstoffeerzeugt und bei richtiger Anwendung einequalitativ hochwertige Schweiszligverbin-dung garantiertEin besonderer Vorteil des WIG-Schweiszligens ist auch daszlig hier gegenuumlberanderen Verfahren die mit abschmel-zender Elektrode arbeiten die Zugabevon Schweiszligzusatz und die Stromstaumlrkeentkoppelt sind Der Schweiszliger kanndeshalb seinen Strom optimal auf dieSchweiszligaufgabe abstimmen und nur so-viel Schweiszligzusatz zugeben wie geradeerforderlich ist Dies macht das Verfahrenbesonders geeignet zum Schweiszligen vonWurzellagen und zum Schweiszligen in

Zwangslagen Die genannten Vorteilehaben dazu gefuumlhrt daszlig das WIG-Verfahren heute in vielen Bereichen derIndustrie und des Handwerks mit Erfolgeingesetzt wird Es erfordert allerdingsbei der manuellen Anwendung ein ge-schicktes rdquoHaumlndchenrdquo des Schweiszligersund eine gute Ausbildung Diese Bro-schuumlre will uumlber die Besonderheiten desVerfahrens aufklaumlren und vielleicht auchInteresse wecken bei den Firmen die estrotz Vorliegens entsprechenderSchweiszligaufgaben noch nicht anwenden

2 Das Verfahren

21 AllgemeinesDas WIG-Schweiszligen gehoumlrt zu den gas-geschuumltzten Schweiszligverfahren mit nichtverbrauchender Elektrode (Prozess-Nr14) ISO 857-1 erklaumlrt das Verfahren ausdem englischen uumlbersetzt wie folgtbdquoGasgeschuumltzes Lichtbogenschweiszligver-fahren unter Benutzung einer nicht ver-brauchenden Elektrode aus reinem oderdotiertem Wolfram bei dem der Lichtbo-gen und das Schweiszligbad durch eine Ga-sumhuumlllung aus inertem Gas geschuumltztwerdenldquoBeim Wolfram-Inertgasschweiszligen (Pro-zess-Nr 141) brennt der Lichtbogen freibeim Plasma-Lichtbogenschweiszligen (Pro-zess-Nr 15) das auch zu den Verfahrendes gasgeschuumltzten Schweiszligens mitnicht verbrauchender Elektrode zaumlhlt ister eingeschnuumlrt Bild 2 zeigt das Schemades VerfahrensBild 1 TRITON 260 DC WIG-Verschweiszligen

von Kuumlhlschlangen

Brenner

W-Elektrode

Naht

Schmelzbad

Lichtbogen

Schweiszligstab

Grundwerkstoff

Bild 2 Prinzip des WIG-Schweiszligens

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3 1002Art Nr WM022200

Von der Art der Elektrode (Wolfram) unddem verwendeten Schutzgas (inert) hatdas Verfahren seinen Namen Die Elek-trode schmilzt wegen des hohenSchmelzpunktes von Wolfram (3380degC)bei richtiger Anwendung des Verfahrensnicht ab Sie ist nur Lichtbogentraumlger DerSchweiszligzusatz wird von Hand in Stab-form oder beim vollmechanischenSchweiszligen als Draht durch ein separatesVorschubwerk zugegeben Das Schutz-gas umstroumlmt aus der Schutzgasduumlsekommend konzentrisch die Elektrodeund schuumltzt diese sowie das darunterlie-gende Schweiszliggut vor der Atmosphaumlre

22 StromartIn der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweiszligen verwendet Beim Schweiszligenvon Stahl und vielen anderen Metallenund Legierungen liegt der kaumlltere Minus-pol an der Elektrode und der heiszligerePluspol am Werkstuumlck Die Strombelast-barkeit und die Standzeit der Elektrodesind bei dieser Polung wesentlich groumlszligerals bei der Pluspolschweiszligung Bei Alu-minium und seinen Legierungen sowiebei einigen Bronzen das sind Werkstoffedie hochschmelzende oder sehr zaumlh-fluumlssige Oxide bilden wird dagegenWechselstrom verwendet Hierauf wirdspaumlter noch naumlher eingegangen Auchbeim Schweiszligen an Wechselstrom liegtdie Strombelastbarkeit gegenuumlber der

Gleichstrom-Schweiszligung am Minuspolniedriger ndash siehe dazu auch Tabelle 1Ebenso gibt es Unterschiede im Ein-brandverhalten Dies ist beim Gleich-stromschweiszligen am Minuspol am bestenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist derEinbrand schon wegen der stumpferenElektrodenform flacher und breiter undam Pluspol wegen der niedrigen Strom-belastbarkeit am geringsten Bild 3

23 ElektrodenWolframelektroden koumlnnen wegen deshohen Schmelzpunktes des Metalls nichtdurch Gieszligen hergestellt werden IhreHerstellung erfolgt deshalb pulvermetall-urgisch durch Sintern mit nachfolgendemVerdichten und Verfestigen Die ge-normten Durchmesser liegen nach DINEN 26848 (ISO 6848) zwischen 05 und10 mm Die am meisten verwendetenDurchmesser sind 16 20 25 32 und40 mm Genormte Laumlngen sind 50 75150 und 175 mm Die Laumlnge richtet sichua nach der Bauart des BrennersNeben Elektroden aus Reinwolfram gibtes auch solche denen vor dem Sintern inGehalten von etwa 05 bis 4 Oxide wieThoriumoxid Zirkonoxid Lanthanoxidoder Ceroxid zugemischt wurden BeiVerwendung von reinen Wolframelektro-den bildet sich ein sehr ruhiger Lichtbo-gen aus jedoch haben die oxidhaltigenElektroden den Vorteil daszlig sie sich imBetrieb weniger erwaumlrmen weil das Aus-treten der Elektroden aus dem in denElektroden eingeschlossenen Oxidleichter erfolgt als aus dem Wolfram DieZuumlndfreudigkeit die Strombelastbarkeitund die Standzeit sind deshalb bei oxid-haltigen Sorten besser Tabelle 1 mit

Gleichstrom [A] Wechselstrom [A]

Minuspol an der

Elektrode

Pluspol an

der ElektrodeE

lekt

rode

ndur

chm

esse

r [m

m]

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

16 40-130 60-150 10-20 10-20 45-90 60-125

20 75-180 100-200 15-25 15-25 65-125 85-160

25 130-230 170-250 17-30 17-30 80-140 120-210

32 160-310 225-330 20-35 20-35 150-190 150-250

40 275-450 350-480 35-50 35-50 180-260 240-350

50 400-625 500-675 50-70 50-70 240-350 330-460

Tabelle 1 Empfohlene Stromstaumlrkenbereichefuumlr Wolframelektroden Werte nachDIN EN 26848

a) b) c)

Bild 3 Einbrand bei verschiedenen Stro-martena) Gleichstrom (Minuspol)b) Gleichstrom (Pluspol)c) Wechselstrom

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4 1002Art Nr WM022200

Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

Die EWM WIG-Fibel

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10 1002Art Nr WM022200

Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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11 1002Art Nr WM022200

Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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Wo

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Gas

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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15 1002Art Nr WM022200

Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

Ble

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Sch

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szligge

schw

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digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

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]

Fug

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l

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Dur

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Sch

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Sch

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szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

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Sch

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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Dur

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Sch

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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1 1002Art Nr WM022200

Inhalt1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines 222 Stromart 323 Elektroden 324 Schutzgase 4

3 Fugenvorbereitung 531 Fugenformen 532 Anbringen der Schweiszligfuge 533 Badsicherung 534 Formieren 6

4 Der Schweiszligbrenner 641 Kuumlhlung 642 Aufbau des Brenners 743 Ausbildung des Elektrodenendes 7

5 Schweiszliggeraumlte 851 Steuerung 852 Stromquellen 9

6 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1161 Auswahl des Schweiszligzusatzes 1162 Einstellen der Schutzgasmenge 1263 Reinigung der Werkstuumlckoberflaumlche 1264 Zuumlnden des Lichtbogens 1365 Fuumlhren des Brenners 1366 Magnetische Blaswirkung 1467 Schweiszligpositionen 1468 Schweiszligparameter 1569 Schweiszligen mit Stromimpulsen 15610 Moumlglichkeiten des Mechanisierens 17611 Arbeitssicherheit 17

7 Besonderheiten verschiedener Werkstoffe 1871 Un- und niedriglegierte Staumlhle 1872 Austenitsche CrNi-Staumlhle 1973 Aluminium und Aluminiumlegierungen 1974 Kupfer und Kupferlegierungen 2175 Sonstige Werkstoffe 21

8 Anwendung des WIG-Schweiszligens 2281 Fertigungszweige 2282 Anwendungsbeispiele 22

9 Schrifttum 24

10 Impressum 24

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2 1002Art Nr WM022200

1 VorwortDas WIG-Schweiszligverfahren (Bild 1)ndash dievolle Bezeichnung fuumlr dieses Verfahrenlautet nach DIN 1910 ndash Teil 4 Wolfram-Inertgasschweiszligen ndash stammt aus denUSA und wurde dort 1936 unter demNamen Argonarc-Schweiszligen bekanntErst nach dem 2 Weltkrieg wurde es inDeutschland eingefuumlhrt In den englischsprechenden Laumlndern heiszligt das Verfah-ren TIG nach englisch rdquoTungstenrdquo fuumlrWolfram Das Verfahren zeichnet sichgegenuumlber anderen Schmelzschweiszlig-verfahren durch eine Reihe von interes-santen Vorteilen aus Es ist zBuniversell anwendbar Wenn ein metalli-scher Werkstoff uumlberhaupt schmelz-schweiszliggeeignet ist dann laumlszligt er sich mitdiesem Verfahren fuumlgen Zum anderen istes ein sehr rdquosauberesrdquo Verfahren daskaum Spritzer und nur wenig Schadstoffeerzeugt und bei richtiger Anwendung einequalitativ hochwertige Schweiszligverbin-dung garantiertEin besonderer Vorteil des WIG-Schweiszligens ist auch daszlig hier gegenuumlberanderen Verfahren die mit abschmel-zender Elektrode arbeiten die Zugabevon Schweiszligzusatz und die Stromstaumlrkeentkoppelt sind Der Schweiszliger kanndeshalb seinen Strom optimal auf dieSchweiszligaufgabe abstimmen und nur so-viel Schweiszligzusatz zugeben wie geradeerforderlich ist Dies macht das Verfahrenbesonders geeignet zum Schweiszligen vonWurzellagen und zum Schweiszligen in

Zwangslagen Die genannten Vorteilehaben dazu gefuumlhrt daszlig das WIG-Verfahren heute in vielen Bereichen derIndustrie und des Handwerks mit Erfolgeingesetzt wird Es erfordert allerdingsbei der manuellen Anwendung ein ge-schicktes rdquoHaumlndchenrdquo des Schweiszligersund eine gute Ausbildung Diese Bro-schuumlre will uumlber die Besonderheiten desVerfahrens aufklaumlren und vielleicht auchInteresse wecken bei den Firmen die estrotz Vorliegens entsprechenderSchweiszligaufgaben noch nicht anwenden

2 Das Verfahren

21 AllgemeinesDas WIG-Schweiszligen gehoumlrt zu den gas-geschuumltzten Schweiszligverfahren mit nichtverbrauchender Elektrode (Prozess-Nr14) ISO 857-1 erklaumlrt das Verfahren ausdem englischen uumlbersetzt wie folgtbdquoGasgeschuumltzes Lichtbogenschweiszligver-fahren unter Benutzung einer nicht ver-brauchenden Elektrode aus reinem oderdotiertem Wolfram bei dem der Lichtbo-gen und das Schweiszligbad durch eine Ga-sumhuumlllung aus inertem Gas geschuumltztwerdenldquoBeim Wolfram-Inertgasschweiszligen (Pro-zess-Nr 141) brennt der Lichtbogen freibeim Plasma-Lichtbogenschweiszligen (Pro-zess-Nr 15) das auch zu den Verfahrendes gasgeschuumltzten Schweiszligens mitnicht verbrauchender Elektrode zaumlhlt ister eingeschnuumlrt Bild 2 zeigt das Schemades VerfahrensBild 1 TRITON 260 DC WIG-Verschweiszligen

von Kuumlhlschlangen

Brenner

W-Elektrode

Naht

Schmelzbad

Lichtbogen

Schweiszligstab

Grundwerkstoff

Bild 2 Prinzip des WIG-Schweiszligens

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Von der Art der Elektrode (Wolfram) unddem verwendeten Schutzgas (inert) hatdas Verfahren seinen Namen Die Elek-trode schmilzt wegen des hohenSchmelzpunktes von Wolfram (3380degC)bei richtiger Anwendung des Verfahrensnicht ab Sie ist nur Lichtbogentraumlger DerSchweiszligzusatz wird von Hand in Stab-form oder beim vollmechanischenSchweiszligen als Draht durch ein separatesVorschubwerk zugegeben Das Schutz-gas umstroumlmt aus der Schutzgasduumlsekommend konzentrisch die Elektrodeund schuumltzt diese sowie das darunterlie-gende Schweiszliggut vor der Atmosphaumlre

22 StromartIn der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweiszligen verwendet Beim Schweiszligenvon Stahl und vielen anderen Metallenund Legierungen liegt der kaumlltere Minus-pol an der Elektrode und der heiszligerePluspol am Werkstuumlck Die Strombelast-barkeit und die Standzeit der Elektrodesind bei dieser Polung wesentlich groumlszligerals bei der Pluspolschweiszligung Bei Alu-minium und seinen Legierungen sowiebei einigen Bronzen das sind Werkstoffedie hochschmelzende oder sehr zaumlh-fluumlssige Oxide bilden wird dagegenWechselstrom verwendet Hierauf wirdspaumlter noch naumlher eingegangen Auchbeim Schweiszligen an Wechselstrom liegtdie Strombelastbarkeit gegenuumlber der

Gleichstrom-Schweiszligung am Minuspolniedriger ndash siehe dazu auch Tabelle 1Ebenso gibt es Unterschiede im Ein-brandverhalten Dies ist beim Gleich-stromschweiszligen am Minuspol am bestenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist derEinbrand schon wegen der stumpferenElektrodenform flacher und breiter undam Pluspol wegen der niedrigen Strom-belastbarkeit am geringsten Bild 3

23 ElektrodenWolframelektroden koumlnnen wegen deshohen Schmelzpunktes des Metalls nichtdurch Gieszligen hergestellt werden IhreHerstellung erfolgt deshalb pulvermetall-urgisch durch Sintern mit nachfolgendemVerdichten und Verfestigen Die ge-normten Durchmesser liegen nach DINEN 26848 (ISO 6848) zwischen 05 und10 mm Die am meisten verwendetenDurchmesser sind 16 20 25 32 und40 mm Genormte Laumlngen sind 50 75150 und 175 mm Die Laumlnge richtet sichua nach der Bauart des BrennersNeben Elektroden aus Reinwolfram gibtes auch solche denen vor dem Sintern inGehalten von etwa 05 bis 4 Oxide wieThoriumoxid Zirkonoxid Lanthanoxidoder Ceroxid zugemischt wurden BeiVerwendung von reinen Wolframelektro-den bildet sich ein sehr ruhiger Lichtbo-gen aus jedoch haben die oxidhaltigenElektroden den Vorteil daszlig sie sich imBetrieb weniger erwaumlrmen weil das Aus-treten der Elektroden aus dem in denElektroden eingeschlossenen Oxidleichter erfolgt als aus dem Wolfram DieZuumlndfreudigkeit die Strombelastbarkeitund die Standzeit sind deshalb bei oxid-haltigen Sorten besser Tabelle 1 mit

Gleichstrom [A] Wechselstrom [A]

Minuspol an der

Elektrode

Pluspol an

der ElektrodeE

lekt

rode

ndur

chm

esse

r [m

m]

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

16 40-130 60-150 10-20 10-20 45-90 60-125

20 75-180 100-200 15-25 15-25 65-125 85-160

25 130-230 170-250 17-30 17-30 80-140 120-210

32 160-310 225-330 20-35 20-35 150-190 150-250

40 275-450 350-480 35-50 35-50 180-260 240-350

50 400-625 500-675 50-70 50-70 240-350 330-460

Tabelle 1 Empfohlene Stromstaumlrkenbereichefuumlr Wolframelektroden Werte nachDIN EN 26848

a) b) c)

Bild 3 Einbrand bei verschiedenen Stro-martena) Gleichstrom (Minuspol)b) Gleichstrom (Pluspol)c) Wechselstrom

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Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

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(V

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

Die EWM WIG-Fibel

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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Gas

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

Die EWM WIG-Fibel

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

Die EWM WIG-Fibel

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Sch

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digk

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in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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l

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Dur

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Sch

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Sch

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schw

in-

digk

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cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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Sch

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digk

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cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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Dur

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szligst

rom

[A]

Sch

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szligge

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digk

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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17 1002Art Nr WM022200

Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

Die EWM WIG-Fibel

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Inhalt1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines 222 Stromart 323 Elektroden 324 Schutzgase 4

3 Fugenvorbereitung 531 Fugenformen 532 Anbringen der Schweiszligfuge 533 Badsicherung 534 Formieren 6

4 Der Schweiszligbrenner 641 Kuumlhlung 642 Aufbau des Brenners 743 Ausbildung des Elektrodenendes 7

5 Schweiszliggeraumlte 851 Steuerung 852 Stromquellen 9

6 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1161 Auswahl des Schweiszligzusatzes 1162 Einstellen der Schutzgasmenge 1263 Reinigung der Werkstuumlckoberflaumlche 1264 Zuumlnden des Lichtbogens 1365 Fuumlhren des Brenners 1366 Magnetische Blaswirkung 1467 Schweiszligpositionen 1468 Schweiszligparameter 1569 Schweiszligen mit Stromimpulsen 15610 Moumlglichkeiten des Mechanisierens 17611 Arbeitssicherheit 17

7 Besonderheiten verschiedener Werkstoffe 1871 Un- und niedriglegierte Staumlhle 1872 Austenitsche CrNi-Staumlhle 1973 Aluminium und Aluminiumlegierungen 1974 Kupfer und Kupferlegierungen 2175 Sonstige Werkstoffe 21

8 Anwendung des WIG-Schweiszligens 2281 Fertigungszweige 2282 Anwendungsbeispiele 22

9 Schrifttum 24

10 Impressum 24

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1 VorwortDas WIG-Schweiszligverfahren (Bild 1)ndash dievolle Bezeichnung fuumlr dieses Verfahrenlautet nach DIN 1910 ndash Teil 4 Wolfram-Inertgasschweiszligen ndash stammt aus denUSA und wurde dort 1936 unter demNamen Argonarc-Schweiszligen bekanntErst nach dem 2 Weltkrieg wurde es inDeutschland eingefuumlhrt In den englischsprechenden Laumlndern heiszligt das Verfah-ren TIG nach englisch rdquoTungstenrdquo fuumlrWolfram Das Verfahren zeichnet sichgegenuumlber anderen Schmelzschweiszlig-verfahren durch eine Reihe von interes-santen Vorteilen aus Es ist zBuniversell anwendbar Wenn ein metalli-scher Werkstoff uumlberhaupt schmelz-schweiszliggeeignet ist dann laumlszligt er sich mitdiesem Verfahren fuumlgen Zum anderen istes ein sehr rdquosauberesrdquo Verfahren daskaum Spritzer und nur wenig Schadstoffeerzeugt und bei richtiger Anwendung einequalitativ hochwertige Schweiszligverbin-dung garantiertEin besonderer Vorteil des WIG-Schweiszligens ist auch daszlig hier gegenuumlberanderen Verfahren die mit abschmel-zender Elektrode arbeiten die Zugabevon Schweiszligzusatz und die Stromstaumlrkeentkoppelt sind Der Schweiszliger kanndeshalb seinen Strom optimal auf dieSchweiszligaufgabe abstimmen und nur so-viel Schweiszligzusatz zugeben wie geradeerforderlich ist Dies macht das Verfahrenbesonders geeignet zum Schweiszligen vonWurzellagen und zum Schweiszligen in

Zwangslagen Die genannten Vorteilehaben dazu gefuumlhrt daszlig das WIG-Verfahren heute in vielen Bereichen derIndustrie und des Handwerks mit Erfolgeingesetzt wird Es erfordert allerdingsbei der manuellen Anwendung ein ge-schicktes rdquoHaumlndchenrdquo des Schweiszligersund eine gute Ausbildung Diese Bro-schuumlre will uumlber die Besonderheiten desVerfahrens aufklaumlren und vielleicht auchInteresse wecken bei den Firmen die estrotz Vorliegens entsprechenderSchweiszligaufgaben noch nicht anwenden

2 Das Verfahren

21 AllgemeinesDas WIG-Schweiszligen gehoumlrt zu den gas-geschuumltzten Schweiszligverfahren mit nichtverbrauchender Elektrode (Prozess-Nr14) ISO 857-1 erklaumlrt das Verfahren ausdem englischen uumlbersetzt wie folgtbdquoGasgeschuumltzes Lichtbogenschweiszligver-fahren unter Benutzung einer nicht ver-brauchenden Elektrode aus reinem oderdotiertem Wolfram bei dem der Lichtbo-gen und das Schweiszligbad durch eine Ga-sumhuumlllung aus inertem Gas geschuumltztwerdenldquoBeim Wolfram-Inertgasschweiszligen (Pro-zess-Nr 141) brennt der Lichtbogen freibeim Plasma-Lichtbogenschweiszligen (Pro-zess-Nr 15) das auch zu den Verfahrendes gasgeschuumltzten Schweiszligens mitnicht verbrauchender Elektrode zaumlhlt ister eingeschnuumlrt Bild 2 zeigt das Schemades VerfahrensBild 1 TRITON 260 DC WIG-Verschweiszligen

von Kuumlhlschlangen

Brenner

W-Elektrode

Naht

Schmelzbad

Lichtbogen

Schweiszligstab

Grundwerkstoff

Bild 2 Prinzip des WIG-Schweiszligens

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Von der Art der Elektrode (Wolfram) unddem verwendeten Schutzgas (inert) hatdas Verfahren seinen Namen Die Elek-trode schmilzt wegen des hohenSchmelzpunktes von Wolfram (3380degC)bei richtiger Anwendung des Verfahrensnicht ab Sie ist nur Lichtbogentraumlger DerSchweiszligzusatz wird von Hand in Stab-form oder beim vollmechanischenSchweiszligen als Draht durch ein separatesVorschubwerk zugegeben Das Schutz-gas umstroumlmt aus der Schutzgasduumlsekommend konzentrisch die Elektrodeund schuumltzt diese sowie das darunterlie-gende Schweiszliggut vor der Atmosphaumlre

22 StromartIn der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweiszligen verwendet Beim Schweiszligenvon Stahl und vielen anderen Metallenund Legierungen liegt der kaumlltere Minus-pol an der Elektrode und der heiszligerePluspol am Werkstuumlck Die Strombelast-barkeit und die Standzeit der Elektrodesind bei dieser Polung wesentlich groumlszligerals bei der Pluspolschweiszligung Bei Alu-minium und seinen Legierungen sowiebei einigen Bronzen das sind Werkstoffedie hochschmelzende oder sehr zaumlh-fluumlssige Oxide bilden wird dagegenWechselstrom verwendet Hierauf wirdspaumlter noch naumlher eingegangen Auchbeim Schweiszligen an Wechselstrom liegtdie Strombelastbarkeit gegenuumlber der

Gleichstrom-Schweiszligung am Minuspolniedriger ndash siehe dazu auch Tabelle 1Ebenso gibt es Unterschiede im Ein-brandverhalten Dies ist beim Gleich-stromschweiszligen am Minuspol am bestenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist derEinbrand schon wegen der stumpferenElektrodenform flacher und breiter undam Pluspol wegen der niedrigen Strom-belastbarkeit am geringsten Bild 3

23 ElektrodenWolframelektroden koumlnnen wegen deshohen Schmelzpunktes des Metalls nichtdurch Gieszligen hergestellt werden IhreHerstellung erfolgt deshalb pulvermetall-urgisch durch Sintern mit nachfolgendemVerdichten und Verfestigen Die ge-normten Durchmesser liegen nach DINEN 26848 (ISO 6848) zwischen 05 und10 mm Die am meisten verwendetenDurchmesser sind 16 20 25 32 und40 mm Genormte Laumlngen sind 50 75150 und 175 mm Die Laumlnge richtet sichua nach der Bauart des BrennersNeben Elektroden aus Reinwolfram gibtes auch solche denen vor dem Sintern inGehalten von etwa 05 bis 4 Oxide wieThoriumoxid Zirkonoxid Lanthanoxidoder Ceroxid zugemischt wurden BeiVerwendung von reinen Wolframelektro-den bildet sich ein sehr ruhiger Lichtbo-gen aus jedoch haben die oxidhaltigenElektroden den Vorteil daszlig sie sich imBetrieb weniger erwaumlrmen weil das Aus-treten der Elektroden aus dem in denElektroden eingeschlossenen Oxidleichter erfolgt als aus dem Wolfram DieZuumlndfreudigkeit die Strombelastbarkeitund die Standzeit sind deshalb bei oxid-haltigen Sorten besser Tabelle 1 mit

Gleichstrom [A] Wechselstrom [A]

Minuspol an der

Elektrode

Pluspol an

der ElektrodeE

lekt

rode

ndur

chm

esse

r [m

m]

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

16 40-130 60-150 10-20 10-20 45-90 60-125

20 75-180 100-200 15-25 15-25 65-125 85-160

25 130-230 170-250 17-30 17-30 80-140 120-210

32 160-310 225-330 20-35 20-35 150-190 150-250

40 275-450 350-480 35-50 35-50 180-260 240-350

50 400-625 500-675 50-70 50-70 240-350 330-460

Tabelle 1 Empfohlene Stromstaumlrkenbereichefuumlr Wolframelektroden Werte nachDIN EN 26848

a) b) c)

Bild 3 Einbrand bei verschiedenen Stro-martena) Gleichstrom (Minuspol)b) Gleichstrom (Pluspol)c) Wechselstrom

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Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

Die EWM WIG-Fibel

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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r[m

m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

Die EWM WIG-Fibel

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14 1002Art Nr WM022200

Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

Die EWM WIG-Fibel

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15 1002Art Nr WM022200

Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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19 1002Art Nr WM022200

ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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20 1002Art Nr WM022200

men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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2 1002Art Nr WM022200

1 VorwortDas WIG-Schweiszligverfahren (Bild 1)ndash dievolle Bezeichnung fuumlr dieses Verfahrenlautet nach DIN 1910 ndash Teil 4 Wolfram-Inertgasschweiszligen ndash stammt aus denUSA und wurde dort 1936 unter demNamen Argonarc-Schweiszligen bekanntErst nach dem 2 Weltkrieg wurde es inDeutschland eingefuumlhrt In den englischsprechenden Laumlndern heiszligt das Verfah-ren TIG nach englisch rdquoTungstenrdquo fuumlrWolfram Das Verfahren zeichnet sichgegenuumlber anderen Schmelzschweiszlig-verfahren durch eine Reihe von interes-santen Vorteilen aus Es ist zBuniversell anwendbar Wenn ein metalli-scher Werkstoff uumlberhaupt schmelz-schweiszliggeeignet ist dann laumlszligt er sich mitdiesem Verfahren fuumlgen Zum anderen istes ein sehr rdquosauberesrdquo Verfahren daskaum Spritzer und nur wenig Schadstoffeerzeugt und bei richtiger Anwendung einequalitativ hochwertige Schweiszligverbin-dung garantiertEin besonderer Vorteil des WIG-Schweiszligens ist auch daszlig hier gegenuumlberanderen Verfahren die mit abschmel-zender Elektrode arbeiten die Zugabevon Schweiszligzusatz und die Stromstaumlrkeentkoppelt sind Der Schweiszliger kanndeshalb seinen Strom optimal auf dieSchweiszligaufgabe abstimmen und nur so-viel Schweiszligzusatz zugeben wie geradeerforderlich ist Dies macht das Verfahrenbesonders geeignet zum Schweiszligen vonWurzellagen und zum Schweiszligen in

Zwangslagen Die genannten Vorteilehaben dazu gefuumlhrt daszlig das WIG-Verfahren heute in vielen Bereichen derIndustrie und des Handwerks mit Erfolgeingesetzt wird Es erfordert allerdingsbei der manuellen Anwendung ein ge-schicktes rdquoHaumlndchenrdquo des Schweiszligersund eine gute Ausbildung Diese Bro-schuumlre will uumlber die Besonderheiten desVerfahrens aufklaumlren und vielleicht auchInteresse wecken bei den Firmen die estrotz Vorliegens entsprechenderSchweiszligaufgaben noch nicht anwenden

2 Das Verfahren

21 AllgemeinesDas WIG-Schweiszligen gehoumlrt zu den gas-geschuumltzten Schweiszligverfahren mit nichtverbrauchender Elektrode (Prozess-Nr14) ISO 857-1 erklaumlrt das Verfahren ausdem englischen uumlbersetzt wie folgtbdquoGasgeschuumltzes Lichtbogenschweiszligver-fahren unter Benutzung einer nicht ver-brauchenden Elektrode aus reinem oderdotiertem Wolfram bei dem der Lichtbo-gen und das Schweiszligbad durch eine Ga-sumhuumlllung aus inertem Gas geschuumltztwerdenldquoBeim Wolfram-Inertgasschweiszligen (Pro-zess-Nr 141) brennt der Lichtbogen freibeim Plasma-Lichtbogenschweiszligen (Pro-zess-Nr 15) das auch zu den Verfahrendes gasgeschuumltzten Schweiszligens mitnicht verbrauchender Elektrode zaumlhlt ister eingeschnuumlrt Bild 2 zeigt das Schemades VerfahrensBild 1 TRITON 260 DC WIG-Verschweiszligen

von Kuumlhlschlangen

Brenner

W-Elektrode

Naht

Schmelzbad

Lichtbogen

Schweiszligstab

Grundwerkstoff

Bild 2 Prinzip des WIG-Schweiszligens

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3 1002Art Nr WM022200

Von der Art der Elektrode (Wolfram) unddem verwendeten Schutzgas (inert) hatdas Verfahren seinen Namen Die Elek-trode schmilzt wegen des hohenSchmelzpunktes von Wolfram (3380degC)bei richtiger Anwendung des Verfahrensnicht ab Sie ist nur Lichtbogentraumlger DerSchweiszligzusatz wird von Hand in Stab-form oder beim vollmechanischenSchweiszligen als Draht durch ein separatesVorschubwerk zugegeben Das Schutz-gas umstroumlmt aus der Schutzgasduumlsekommend konzentrisch die Elektrodeund schuumltzt diese sowie das darunterlie-gende Schweiszliggut vor der Atmosphaumlre

22 StromartIn der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweiszligen verwendet Beim Schweiszligenvon Stahl und vielen anderen Metallenund Legierungen liegt der kaumlltere Minus-pol an der Elektrode und der heiszligerePluspol am Werkstuumlck Die Strombelast-barkeit und die Standzeit der Elektrodesind bei dieser Polung wesentlich groumlszligerals bei der Pluspolschweiszligung Bei Alu-minium und seinen Legierungen sowiebei einigen Bronzen das sind Werkstoffedie hochschmelzende oder sehr zaumlh-fluumlssige Oxide bilden wird dagegenWechselstrom verwendet Hierauf wirdspaumlter noch naumlher eingegangen Auchbeim Schweiszligen an Wechselstrom liegtdie Strombelastbarkeit gegenuumlber der

Gleichstrom-Schweiszligung am Minuspolniedriger ndash siehe dazu auch Tabelle 1Ebenso gibt es Unterschiede im Ein-brandverhalten Dies ist beim Gleich-stromschweiszligen am Minuspol am bestenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist derEinbrand schon wegen der stumpferenElektrodenform flacher und breiter undam Pluspol wegen der niedrigen Strom-belastbarkeit am geringsten Bild 3

23 ElektrodenWolframelektroden koumlnnen wegen deshohen Schmelzpunktes des Metalls nichtdurch Gieszligen hergestellt werden IhreHerstellung erfolgt deshalb pulvermetall-urgisch durch Sintern mit nachfolgendemVerdichten und Verfestigen Die ge-normten Durchmesser liegen nach DINEN 26848 (ISO 6848) zwischen 05 und10 mm Die am meisten verwendetenDurchmesser sind 16 20 25 32 und40 mm Genormte Laumlngen sind 50 75150 und 175 mm Die Laumlnge richtet sichua nach der Bauart des BrennersNeben Elektroden aus Reinwolfram gibtes auch solche denen vor dem Sintern inGehalten von etwa 05 bis 4 Oxide wieThoriumoxid Zirkonoxid Lanthanoxidoder Ceroxid zugemischt wurden BeiVerwendung von reinen Wolframelektro-den bildet sich ein sehr ruhiger Lichtbo-gen aus jedoch haben die oxidhaltigenElektroden den Vorteil daszlig sie sich imBetrieb weniger erwaumlrmen weil das Aus-treten der Elektroden aus dem in denElektroden eingeschlossenen Oxidleichter erfolgt als aus dem Wolfram DieZuumlndfreudigkeit die Strombelastbarkeitund die Standzeit sind deshalb bei oxid-haltigen Sorten besser Tabelle 1 mit

Gleichstrom [A] Wechselstrom [A]

Minuspol an der

Elektrode

Pluspol an

der ElektrodeE

lekt

rode

ndur

chm

esse

r [m

m]

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

16 40-130 60-150 10-20 10-20 45-90 60-125

20 75-180 100-200 15-25 15-25 65-125 85-160

25 130-230 170-250 17-30 17-30 80-140 120-210

32 160-310 225-330 20-35 20-35 150-190 150-250

40 275-450 350-480 35-50 35-50 180-260 240-350

50 400-625 500-675 50-70 50-70 240-350 330-460

Tabelle 1 Empfohlene Stromstaumlrkenbereichefuumlr Wolframelektroden Werte nachDIN EN 26848

a) b) c)

Bild 3 Einbrand bei verschiedenen Stro-martena) Gleichstrom (Minuspol)b) Gleichstrom (Pluspol)c) Wechselstrom

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Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

Die EWM WIG-Fibel

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

Die EWM WIG-Fibel

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Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

Die EWM WIG-Fibel

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

Die EWM WIG-Fibel

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

Die EWM WIG-Fibel

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Die EWM WIG-Fibel

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

Die EWM WIG-Fibel

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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3 1002Art Nr WM022200

Von der Art der Elektrode (Wolfram) unddem verwendeten Schutzgas (inert) hatdas Verfahren seinen Namen Die Elek-trode schmilzt wegen des hohenSchmelzpunktes von Wolfram (3380degC)bei richtiger Anwendung des Verfahrensnicht ab Sie ist nur Lichtbogentraumlger DerSchweiszligzusatz wird von Hand in Stab-form oder beim vollmechanischenSchweiszligen als Draht durch ein separatesVorschubwerk zugegeben Das Schutz-gas umstroumlmt aus der Schutzgasduumlsekommend konzentrisch die Elektrodeund schuumltzt diese sowie das darunterlie-gende Schweiszliggut vor der Atmosphaumlre

22 StromartIn der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweiszligen verwendet Beim Schweiszligenvon Stahl und vielen anderen Metallenund Legierungen liegt der kaumlltere Minus-pol an der Elektrode und der heiszligerePluspol am Werkstuumlck Die Strombelast-barkeit und die Standzeit der Elektrodesind bei dieser Polung wesentlich groumlszligerals bei der Pluspolschweiszligung Bei Alu-minium und seinen Legierungen sowiebei einigen Bronzen das sind Werkstoffedie hochschmelzende oder sehr zaumlh-fluumlssige Oxide bilden wird dagegenWechselstrom verwendet Hierauf wirdspaumlter noch naumlher eingegangen Auchbeim Schweiszligen an Wechselstrom liegtdie Strombelastbarkeit gegenuumlber der

Gleichstrom-Schweiszligung am Minuspolniedriger ndash siehe dazu auch Tabelle 1Ebenso gibt es Unterschiede im Ein-brandverhalten Dies ist beim Gleich-stromschweiszligen am Minuspol am bestenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist derEinbrand schon wegen der stumpferenElektrodenform flacher und breiter undam Pluspol wegen der niedrigen Strom-belastbarkeit am geringsten Bild 3

23 ElektrodenWolframelektroden koumlnnen wegen deshohen Schmelzpunktes des Metalls nichtdurch Gieszligen hergestellt werden IhreHerstellung erfolgt deshalb pulvermetall-urgisch durch Sintern mit nachfolgendemVerdichten und Verfestigen Die ge-normten Durchmesser liegen nach DINEN 26848 (ISO 6848) zwischen 05 und10 mm Die am meisten verwendetenDurchmesser sind 16 20 25 32 und40 mm Genormte Laumlngen sind 50 75150 und 175 mm Die Laumlnge richtet sichua nach der Bauart des BrennersNeben Elektroden aus Reinwolfram gibtes auch solche denen vor dem Sintern inGehalten von etwa 05 bis 4 Oxide wieThoriumoxid Zirkonoxid Lanthanoxidoder Ceroxid zugemischt wurden BeiVerwendung von reinen Wolframelektro-den bildet sich ein sehr ruhiger Lichtbo-gen aus jedoch haben die oxidhaltigenElektroden den Vorteil daszlig sie sich imBetrieb weniger erwaumlrmen weil das Aus-treten der Elektroden aus dem in denElektroden eingeschlossenen Oxidleichter erfolgt als aus dem Wolfram DieZuumlndfreudigkeit die Strombelastbarkeitund die Standzeit sind deshalb bei oxid-haltigen Sorten besser Tabelle 1 mit

Gleichstrom [A] Wechselstrom [A]

Minuspol an der

Elektrode

Pluspol an

der ElektrodeE

lekt

rode

ndur

chm

esse

r [m

m]

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

Wol

fram

rei

n

Wol

fram

mit

Oxi

d

16 40-130 60-150 10-20 10-20 45-90 60-125

20 75-180 100-200 15-25 15-25 65-125 85-160

25 130-230 170-250 17-30 17-30 80-140 120-210

32 160-310 225-330 20-35 20-35 150-190 150-250

40 275-450 350-480 35-50 35-50 180-260 240-350

50 400-625 500-675 50-70 50-70 240-350 330-460

Tabelle 1 Empfohlene Stromstaumlrkenbereichefuumlr Wolframelektroden Werte nachDIN EN 26848

a) b) c)

Bild 3 Einbrand bei verschiedenen Stro-martena) Gleichstrom (Minuspol)b) Gleichstrom (Pluspol)c) Wechselstrom

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Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Die EWM WIG-Fibel

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11 1002Art Nr WM022200

Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

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(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

Die EWM WIG-Fibel

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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Gas

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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14 1002Art Nr WM022200

Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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15 1002Art Nr WM022200

Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

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Sch

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digk

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in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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Sch

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cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

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10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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Sch

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10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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4 1002Art Nr WM022200

Werten aus DIN EN 26848 enthaumllt zumVergleich die empfohlenen Stromstaumlr-kenbereiche von reinen Wolframelektro-den und solchen mit Oxidzusaumltzen anbeiden Polen des Gleichstromes und anWechselstrom Die houmlhere Strombelast-barkeit durch Oxidzusaumltze wird darausdeutlichFruumlher wurden meist Wolframelektrodenmit etwa 2 Thoriumoxid verwendet De-ren Verwendung ist aber ruumlcklaumlufig Tho-rium ist ein Alpha-Strahler deshalbsenden auch thoriumoxidhaltige Elektro-den eine schwache radioaktive Strahlungaus Diese ist an sich nicht gefaumlhrlich fuumlrden Schweiszliger obwohl sie die allgemei-ne Strahlenbelastung erhoumlht Gefaumlhrli-cher ist es dagegen wenn derSchleifstaub der beim Anschleifen derElektrode entsteht eingeatmet wirdHeute werden deshalb vielfach Wolfra-melektroden verwendet die alsrdquolichtbogenfreundlicherdquo Stoffe Lanthan-oxid oder Ceroxid enthaltenWelche Elektrode man vor sich hat er-kennt man an der Kurzbezeichnung undder Kennfarbe die nach Norm festgelegtist Tabelle 2

24 SchutzgaseWie aus dem Namen des Verfahrensschon abgeleitet werden kann werden inder Regel inerte Gase zum WIG-Schweiszligen eingesetzt Schutzgase sindin DIN EN 439 genormt Diese tragen

nach Norm die Bezeichnungen l1 l2 undl3 Das am haumlufigsten beim WIG-Schweiszligen verwendete Schutzgas ist Ar-gon (l1) Der Reinheitsgrad sollte minde-stens 9995 betragen Bei Metallen dieeine sehr gute Waumlrmeleitfaumlhigkeit habenwie Aluminium oder Kupfer kommt aberauch Helium (l2) zum Einsatz Unter He-lium als Schutzgas ist der Lichtbogenheiszliger Vor allem aber ist die Waumlrmever-teilung zwischen dem Kern und demRand des Lichtbogens gleichmaumlszligigerDer Einsatz von reinem Helium beimWIG-Schweiszligen ist selten und auf Son-derfaumllle beschraumlnkt dagegen kommenArgonHelium-Gemische (l3) mit 25 50oder 75 Helium seit einigen Jahrenvermehrt zur Verwendung Damit kannzB bei dickeren Aluminiumstrukturen diezur Erreichung eines ausreichenden Ein-brandes erforderliche Vorwaumlrmtempera-tur verringert werden Vielfach ist aucheine Erhoumlhung der Schweiszliggeschwindig-keit moumlglichBeim WIG-Schweiszligen von nichtrosten-den Chrom-Nickel-Staumlhlen werden zudiesem Zweck auch Argon Wasserstoff-gemische (R1) eingesetzt jedoch sollteder Wasserstoffgehalt aus Gruumlnden derPorenvermeidung nicht wesentlich uumlber5 liegen

Zusammensetzung

Oxidzusatz Verunrei-

nigungen

Wolf-

ramKurzzei-

chen (mm) Art (mm)

(mm)

Kenn-

farbe

WP - - 998 gruumln

WT 4 035 bis 055 blau

WT 10 080 bis 120 gelb

WT 20 170 bis 220 rot

WT 30 280 bis 320 violett

WT 40 380 bis 420

ThO2

orange

WZ 3 015 bis 050 braun

WZ 8 070 bis 090ZrO2 weiszlig

WL 10 090 bis 120 LaO2 schwarz

WC 20 180 bis 220 CeO2

le 020Rest

grau

Tabelle 2 Wolframelektroden nach DIN EN26848

Bild 4 WIG-Schweiszligen an einem Gelaumlnder

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

Die EWM WIG-Fibel

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

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)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

Die EWM WIG-Fibel

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Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

Die EWM WIG-Fibel

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

Die EWM WIG-Fibel

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

Die EWM WIG-Fibel

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Die EWM WIG-Fibel

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

Die EWM WIG-Fibel

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Die Schutzgasdurchfluszligmenge richtetsich nach dem Gasduumlsendurchmesserund der umgebenden Luftstroumlmung AlsRichtwert kann bei Argon von einem Vo-lumenstrom von 5-10 I min ausgegan-gen werden In zugigen Raumlumen Bild 4sind u U groumlszligere Durchfluszligmengen er-forderlich Bei Argon Helium-Gemischenmuumlssen wegen der geringeren Dichte vonHelium houmlhere Durchfluszligmengen einge-stellt werden

3 Fugenvorbereitung

31 FugenformenDie wichtigsten beim WIG-Schweiszligeneingesetzten Fugenformen zeigt Bild 5Duumlnne Bleche koumlnnen einseitig oderbeidseitig als I-Stoszlig verbunden werdenWird die Blechdicke so groszlig daszlig einDurchschweiszligen auch von beiden Seitennicht mehr moumlglich ist muumlssen die Fu-genflanken angeschraumlgt werden DerOumlffnungswinkel der entstehenden V-Fugeist meist 60deg bei Aluminium auch 70degZur Verhinderung des Durchschmelzenswerden die Spitzen der Bleche im Wur-zelbereich oft auch leicht gebrochen Beieinem ausgepraumlgten Steg spricht manaber nicht mehr von einer V- sondern voneiner Y-Fuge Bei Stahl kann man Werk-stuumlckdicken bis zu etwa 6 mm in einerLage schweiszligen Daruumlber hinaus ist eineMehrlagenschweiszligung erforderlichBei duumlnnen Blechen kommen auchUumlberlapp-Fugen vor Ganz besonderseignet sich zum WIG-Schweiszligen die Boumlr-

delfuge Die hochgeboumlrdelten Blech-raumlnder koumlnnen unter dem Lichtbogen oh-ne Zugabe von Schweiszligzusatz aufge-schmolzen und damit verbunden werdenBei Eckstoumlszligen koumlnnen auch ein oder bei-de Partner angephast werden

32 Anbringen der SchweiszligfugeDas Vorbereiten der Fugenflanken erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen meistdurch autogenes Brennschneiden Beihochlegierten Staumlhlen Aluminium undMetallegierungen kann das Schmelz-schneiden nach dem Plasma- Laser-oder Elektronenstrahlprinzip angewandtwerden Duumlnne Bleche werden oft durchmechanisches Schneiden (Scheren) zu-geschnitten waumlhrend bei dickeren Werk-stoffen die Fugen auch durchmechanische Bearbeitung (Drehen Ho-beln) angebracht werden

33 BadsicherungWaumlhrend beim manuellen Schweiszligen derSchweiszliger den Schweiszligverlauf beob-achtet und durch Einstellung der richtigenStromstaumlrke die Stellung des Lichtbo-gens in der Fuge die Schweiszliggeschwin-digkeit und die Menge des zugegebenenSchweiszligzusatzes auch bei ungleichemWurzelspalt eine gleichmaumlszligige Wurzel-raupe erreichen kann muszlig beim vollme-chanisierten Schweiszligen vomeingestellten Wurzelspalt uumlber die richtigeingestellten Schweiszligparameter und diekontinuierlich zugegebene Menge desZusatzdrahtes alles stimmenZur Erleichterung des Wurzelschweiszligenswerden deshalb beim maschinellenSchweiszligen oft Badsicherungen verwen-det siehe Bild 5 Diese Badsicherungenbestehen bei den meisten Metallen undLegierungen aus Kupfer bei Aluminiumdas einen niedrigen Schmelzpunkt hatauch aus nichtrostendem Stahl Auch Ke-ramikunterlagen kommen beim Schwei-szligen als Badsicherung zum Einsatz DieUnterlage soll das spontane Durchfallendes Schweiszliggutes zB an Stellen wo derSpalt etwas breiter ist verhindern sodaszligdas schmelzfluumlssige Metall aufgefangenwird und eine Wurzelraupe entstehen

I-Stoszlig

Uumlberlapp-Stoszlig

T-Stoszlig

V-Stoszlig

Boumlrdel-Stoszlig

Eck-Stoszlig

Y-Stoszlig mit Badsicherung

Bild 5 Die wichtigsten Fugenformen beimWIG-Schweiszligen

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

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Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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kann Die Badsicherung formt auch dieUnterseite der Wurzellage Zu diesemZweck ist sie deshalb meist mit einer Nutversehen

34 FormierenHierunter versteht man die zusaumltzlicheZugabe von Schutzgas an die Wurzel-ruumlckseite wo der zu schweiszligende Werk-stoff auch im fluumlssigen Zustand vorliegtaber nicht vom Schutzgas das auf derOberseite zugefuumlhrt wird erreicht wirdBesonders beim WIG-Schweiszligen mit sei-ner relativ geringen Schweiszliggeschwin-digkeit nimmt die Wurzelruumlckseite durchOxidation oft ein rdquoverbranntesrdquo Aussehenan Dies soll durch das Formiergas ver-hindert werden Das kalte Schutzgas hilftauch bei der Formung der Wurzelruumlck-seite mit Daher kommt der NamerdquoFormiergasrdquoDurch das Formieren wird auch die Bil-dung von Oxidhaumluten und Anlauffarbenauf der Wurzelruumlckseite verhindert oderzumindest vermindert Dies ist zB beimSchweiszligen von korrosionsbestaumlndigenStaumlhlen wichtig weil solche Oxidhaumlute

die Korrosionsbestaumlndigkeit der Schweiszlig-verbindung herabsetzen Bild 6Beim Schweiszligen von Rohren koumlnnen dieEnden einfach versperrt und das For-miergas in das Innere eingeleitet werdenBeim Schweiszligen von Blechen laumlszligt manes aus Oumlffnungen der Badsicherungs-schiene ausstroumlmen Als Formiergaskann Argon oder ein Argon Wasser-stoffgemisch verwendet werden In DINEN 439 sind in der Gruppe F aber auchpreiswerte Formiergase genormt Diesebestehen zB aus einem Wasserstoff Stickstoffgemisch Auch reiner Stickstoffkann unter bestimmten Umstaumlnden zumFormieren verwendet werden

4 Der SchweiszligbrennerDer Schweiszligbrenner ist das Werkzeugdes WIG-Schweiszligers Seine Funktionenbeeinflussen in besonderem Maszlige dieentstehende Schweiszlignaht Bild 7 zeigteinen gasgekuumlhlten WIG-Schweiszligbren-nerDer Brenner ist uumlber das Schlauchpaketmit dem Schweiszliggeraumlt verbunden Durchdas Schlauchpaket verlaumluft die Schweiszlig-stromleitung und die Schutzgaszufuumlh-rung sowie die Steuerleitung die esgestattet auf Knopfdruck vom Brenner-schalter aus verschiedene Funktionenein- und auszuschalten

41 KuumlhlungBei Brennern die nur fuumlr Stromstaumlrken

Bild 6 WIG-Schweiszligarbeiten in der Che-mie-Industrie

MISTRAL

Bild 7 Gasgekuumlhlter WIG-Schweiszligbrenner

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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10 1002Art Nr WM022200

Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

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(V

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

Die EWM WIG-Fibel

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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Gas

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

Die EWM WIG-Fibel

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

Die EWM WIG-Fibel

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Sch

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digk

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in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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l

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Dur

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Sch

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Sch

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schw

in-

digk

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cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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Sch

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digk

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cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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Dur

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szligst

rom

[A]

Sch

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szligge

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digk

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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17 1002Art Nr WM022200

Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

Die EWM WIG-Fibel

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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bis ca 150 Ampere vorgesehen sind ge-nuumlgt die Kuumlhlung durch das durchflieszligen-de Schutzgas und die umgebende LuftBrenner fuumlr houmlhere Leistungen werdenwassergekuumlhlt In diesem Fall verlaufenauch die Leitungen fuumlr die Wasserzu- undruumlckfuumlhrung noch durch das Schlauchpa-ket wobei die Schweiszligstromleitung durchdas zuruumlckflieszligende Wasser gekuumlhlt wirdSie kommt dadurch mit einem geringerenQuerschnitt aus und das Schlauchpaketbleibt flexibel Zu diesem Zweck gibt esim Schlauchpaket ein kombiniertes Strom Wasserkabel Ein Druckwaumlchter dermeist im Schweiszliggeraumlt sitzt sorgt dafuumlrdaszlig bei unzureichender oder fehlenderKuumlhlwasserzufuhr der Schweiszligstrom ab-geschaltet wirdDa Wasser ein relativ teures Betriebs-mittel ist werden zur Kuumlhlung meistWasserruumlckkuumlhlgeraumlte mit einem ge-schlossenen Kuumlhlkreislauf eingesetzt

42 Aufbau des BrennersDie Wolframelektrode sitzt in einerSpannhuumllse und wird durch Anziehen derBrennerkappe festgespannt Die Laumlngeder Brennerkappe wird nach dem Ein-satzzweck ausgewaumlhlt Sie kann zBbeim Schweiszligen in engen Raumlumen we-sentlich kuumlrzer sein als in Bild 8 darge-stelltEine wichtige Funktion hat der Brenner-schalter Dieser kann in Form von einemoder von zwei Tastern vorliegen oder alsWippe ausgebildet sein die sich nachvorn und nach hinten betaumltigen laumlszligtDurch Betaumltigung der Tasters kann derSchweiszligstrom ein und ausgeschaltetaber auch der Strom waumlhrend desSchweiszligens verstellt werden Dabei laumlszligtsich auch die Geschwindigkeit der Stro-maumlnderung einstellen

Der Durchmesser der Wolframelektroderichtet sich nach der anzuwendendenStromstaumlrke der Stromart (Gleich-stromWechselstrom) und der Polung Beider Auswahl des Durchmessers koumlnnendie in Tabelle 1 angegebenen Stromstaumlr-kenbereiche hilfreich seinAm unteren Ende des Schweiszligbrennersbefindet sich die Gasduumlse Diese kannaus Metall oder Keramik bestehen DerDurchmesser der Gasduumlse muszlig auf dieSchweiszligaufgabe abgestimmt werdenWenn ein groumlszligeres Schmelzbad ge-schuumltzt werden soll dann muszlig auch dieGasduumlse groumlszliger sein Eine Relation istdeshalb zur Stromstaumlrke oder zum Elek-trodendurchmesser gegeben Die Wo-framelektrode ragt je nach DurchmesserzB 2 mm bei duumlnnen Elektroden oderbis 3mm bei dickeren Elektroden uumlber dieGasduumlse hinaus

43 Ausbildung des ElektrodenendesBeim Schweiszligen an Gleichstrom (Minus-pol) wird die Wolframelektrode gewoumlhn-lich kegelfoumlrmig angespitzt Diesgeschieht in der Regel durch SchleifenDas Schleifen sollte so erfolgen daszlig aufder angeschliffenen Spitze nur Schleif-riefen in Laumlngsrichtung zuruumlckbleibenDer Lichtbogenansatz ist dann ruhiger alswenn Querriefen vorliegen Der Anspitz-winkel ergibt sich aus dem Verhaumlltnis desElektrodendurchmesser zur Laumlnge derSpitze Dieses Verhaumlltnis sollte etwa 125 seinBei richtig eingestellter Stromstaumlrkeschmilzt nur ein kleiner Teil der Elektro-denspitze auf und bildet dort eine kleineKugel Daran brennt der Lichtbogen be-sonders ruhig Es empfiehlt sich deshalbdiese Kugel schon vor Beginn desSchweiszligens durch kurzzeitige Uumlberla-stung anzuschmelzen Bei modernen Ge-raumlten kann eine solche Funktion in derSteuerung abgerufen werdenBeim Schweiszligen an Wechselstrom ist diethermische Belastung der Wolframelek-trode wesentlich groumlszliger als beimSchweiszligen an Gleichstrom (Minuspol)Die Elektrode wird deshalb bei dieserStromart gar nicht angespitzt oder die

Gasduumlse

Spannhuumllsengehaumluse

TeflondichtungSpannhuumllse Brennerkappe

Bild 8 Explosionsschaubild des WIG-Schweiszligbrenners

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Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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11 1002Art Nr WM022200

Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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Gas

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Zu

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

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Sch

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szligge

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digk

eit [

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in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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]

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l

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Sch

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Sch

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digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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rom

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Sch

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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8 1002Art Nr WM022200

Spitze wird in Form eines Kegelstumpfesausgebildet mit einem Verhaumlltnis beiderDurchmesser zueinander von 21Beim Schweiszligen mit Gleichstrom (Plus-pol) was relativ selten vorkommt erfolgtgar kein Anschleifen der ElektrodeEs muszlig beachtet werden daszlig die Formder Elektrodenspitze auch das Einbrand-verhalten wesentlich beeinfluszligt Bei spit-zer Elektrode ergibt sich ein schmalertiefer Einbrand bei stumpfer Elektrode istder Einbrand unter sonst gleichen Bedin-gungen breiter und flacher Bild 9

5 SchweiszliggeraumlteWIG-Schweiszliggeraumlte bestehen aus derStromquelle und der Steuerung

51 SteuerungDie Steuerung hat die Aufgabe denSchweiszligstrom zu schalten zu stellen undkonstant zu halten Sie bietet daruumlberhinaus Zusatzfunktionen an die dasSchweiszligen erst ermoumlglichen oder er-leichtern Bild 10Beim Ausschalten am Ende einerSchweiszlignaht kann bei modernen Geraumltender Strom zur Kraterfuumlllung zeitabhaumlngigabgesenkt werden (Down-Slope) Ebensokann der Strom zu Beginn des Schwei-szligens rampenfoumlrmig hochgefahren wer-den (Up-Slope) Diese Funktionenkoumlnnen im 2- oder im 4-Takt-Betrieb vomBrennerschalter aus eingeleitet werdenAuf diese Weise ergibt sich ein Schweiszlig-programm wie es schematisch in Bild 11dargestellt ist

Bei High-Tech-Geraumlten bleiben die ein-gestellten Anstiegs- und Absenkzeitensogar konstant unabhaumlngig von der Houml-he der eingestellten Stromstaumlrke Fernerkann auch die Vor- und Nachstroumlmzeit fuumlrdas Schutzgas eingestellt werdenIn die Steuerung integriert ist auch dasZuumlndgeraumlt Natuumlrlich kann der WIG-Lichtbogen auch durch Beruumlhrung zwi-schen Elektrode und Werkstuumlck gezuumlndetwerden jedoch besteht dabei die Gefahrdaszlig die Spitze der Elektrode beschaumldigtwird und der Lichtbogen danach unruhigbrennt Auszligerdem kann Wolfram in dasSchweiszliggut uumlbertragen werden wo eswegen des hohen Schmelzpunktes nichtaufschmilzt sondern als Fremdkoumlrperverbleibt Deshalb sollte bei einfachenGeraumlten die nicht uumlber Einrichtungenzum beruumlhrungslosen Zuumlnden verfuumlgenimmer auszligerhalb der Fuge auf einemAnlaufblech gezuumlndet werden oder aufeinem daneben liegenden KupferblechDas elektrodenschonende Zuumlnden ist aufverschiedene Weise moumlglich Bei der

Bild 9 Einbrand bei unterschiedlicherForm des Elektrodenendes

AMPAMP

AMP

AMP

secsec

sec

secAMP

sec

sec

sec

AMP

T200 DC

AMP

VOLT

JOB

JOB

S

Puls

Puls

Bild 10 Steuerung der EWM WIG-Inverter-Stromquelle TRITON 220 DC Po-werSinus

I

Istart

AMP

tUp tDown

Iend

t

Bild 11 Funktionsablauf zu Beginn und En-de des Schweiszligens

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9 1002Art Nr WM022200

Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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10 1002Art Nr WM022200

Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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11 1002Art Nr WM022200

Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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Gas

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Zu

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

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Sch

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szligge

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digk

eit [

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in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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]

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l

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Sch

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Sch

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digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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rom

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Sch

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

Die EWM WIG-Fibel

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Hochspannungsimpulszuumlndung manch-mal auch Hochfrequenzzuumlndung ge-nannt wird eine impulsfoumlrmigeWechselspannung von einigen tausendVoIt (zB 6-8 kV) zwischen Elektrode undWerkstuumlck angelegt Die sehr kurzenSpannungsimpulse (zB 05-1micros) gehennach Betaumltigung des Brennerschalters inForm einer Funkenstrecke von der Elek-trode zum Werkstuumlck uumlber und zwarbeim Gleichstromschweiszligen meist mit ei-ner Frequenz von 100 Hz beim Wech-selstrom mit der natuumlrlichen 50 Hz-Frequenz oder bei modernen Geraumlten mitder eingestellten Frequenz des Schweiszlig-stromes Die Funkenstrecke kann manhoumlren und sehen Sie ionisiert die Gas-molekuumlle im Raum zwischen Elektrodeund Werkstuumlck vor sodaszlig der Lichtbogenberuumlhrungslos zuumlnden kann wenn dieElektrodenspitze bis auf einige Millimeterder Zuumlndstelle genaumlhert wird Eine Faust-regel sagt daszlig die Zuumlndung uumlber eineStrecke von 1 mm 1000 Volt Zuumlndspan-nung moumlglich ist Um dabei ein unbeab-sichtigtes Beruumlhren zwischen Elektrodeund Werkstuumlck auszuschlieszligen setztman am besten wie in Bild 12 gezeigtden Brenner schraumlg am Gasduumlsenrandauf und naumlhert die Elektrodenspitze durchAufrichten des Brenners so weit an bisder Lichtbogen zuumlndetErst danach wird die Gasduumlse vomWerkstuumlck abgehoben und die normaleBrennerstellung eingenommen BeimSchweiszligen mit sinusfoumlrmigem Wechsel-strom muszlig die Zuumlndhilfe sogar durchlau-fen um den Lichtbogen nach demNulldurchgang von Strom und Spannungwieder sicher zu zuumlndenEine andere Moumlglichkeit ist die soge-nannte rdquoLift-Arcrdquo-Zuumlndung Dies ist eine

Beruumlhrungszuumlndung bei der die Elektro-de nicht geschaumldigt wird weil bei der Be-ruumlhrung nur ein sehr kleiner Strom flieszligtErst wenn nach Anheben der Elektrodeein schwacher Lichtbogen brennt wirdvon der Steuerung der eingestellteSchweiszligstrom zugeschaltetWeitere Funktionen der Steuerung sinddas Umschalten von Normalbetrieb aufImpulsbetrieb und gegebenenfalls auchdas Umschalten auf andere Schweiszlig-verfahren wobei uU auch die Kennlini-encharakteristik veraumlndert werden muszlig

52 StromquellenDie Stromquelle hat die Aufgabe den vomNetz kommenden Wechselstrom mit ho-her Spannung und niedriger Stromstaumlrkein Schweiszligstrom mit hoher Stromstaumlrkeund niedriger Spannung umzuwandelnund wenn erforderlich diesen auchgleichzurichten Fuumlr das WIG-Schweiszligenkommt sowohl Wechselstrom wie auchGleichstrom zur AnwendungDer Schweiszligtransformator ist die ein-fachste und preisguumlnstigste Schweiszlig-stromquelle Er besteht aus derPrimaumlrspule mit vielen duumlnnen Windun-gen und der Sekundaumlrspule mit wenigendicken Windungen Der Netzstrom wirdim Verhaumlltnis der Windungszahlen dieserSpulen herauf- die Netzspannung ent-sprechend heruntertransformiert DerSchweiszligtransformator hat gewoumlhnlich ei-ne fallende statische Kennlinie Das Ein-stellen verschiedener Stromstaumlrken istmoumlglich durch StreukernverstellungTransduktor oder primaumlrseitige Win-dungsanzapfungDer Schweiszliggleichrichter besteht aus ei-nem Transformator mit nachgeschaltetemGleichrichtersatz Bild 13

Bild 12 Zuumlnden mit Hochspannungsimpul-sen

Bild 13 Prinzipschaubild des Schweiszlig-gleichrichters

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

nnun

g U

(V

)

Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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Gas

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Zu

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Ble

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Fug

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szligst

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[A]

Sch

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szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

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[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

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]

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Sch

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[cm

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]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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rom

[A]

Sch

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szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

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[mm

]

Fug

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nzah

l

Wol

fram

elek

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en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

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szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Als Gleichrichter werden heute Silizium-dioden oder Thyristoren verwendet In ih-nen wird der vorher im Transformator aufdie benoumltigte Stromstaumlrke und Spannungtransformierte Wechselstrom in Gleich-strom umgewandelt Einfache Schweiszlig-gleichrichter sind einphasigangeschlossen (Zweipulsschaltung) Sieergeben einen Schweiszligstrom mit ziemli-cher Welligkeit Eine bessere Glaumlttungdes Stromes wird erreicht wenn alle 3Phasen des Wechselstromes transfor-miert und gleichgerichtet werden (Sech-spuls-Bruumlckenschaltung) EinfacheGleichrichter werden auch als soge-nannte Kombigeraumlte angeboten die um-schaltbar Gleich- oder Wechselstromliefern Schweiszliggleichrichter zum WIG-Schweiszligen haben eine fallende statischeKennlinie Sie koumlnnen eingestellt werdendurch Streukernverstellung Transduktorund primaumlrseitige Windungsanzapfung imWechselstromkreis oder durch Phasen-anschnittssteuerung der ThyristorenNeuzeitliche WIG-Anlagen (Bild 14) sindmit Invertern als Stromquelle ausgestat-tetDer Inverter ist eine elektronische Strom-quelle die nach einem voumlllig anderenWirkprinzip arbeitet als die konventionel-len Stromquellen (Bild 15)Der aus dem Netz kommende Strom wirdzunaumlchst gleichgerichtet und danachdamit er transformierbar wird durch Ein-und Ausschalten in kurze Abschnittezerteilt Diesen Vorgang nennt man Tak-ten Er wird ermoumlglicht durch schnell rea-gierende elektronische Schalter die

Transistoren Die ersten transistorisiertenInverter arbeiteten mit einer Taktfrequenzvon etwa 25 kHz Heute sind mit weiter-entwickelten Transistoren Taktfrequen-zen von 100 kHz und mehr moumlglichNach dem rdquoZerhackenrdquo (Takten) desStromes wird der Strom auf die erforderli-che hohe Stromstaumlrke und niedrigeSpannung transformiert Hinter dem Trafoentsteht dann ein rechteckfoumlrmigerWechselstrom der anschlieszligend nocheinmal gleichgerichtet wird Die hoheTaktfrequenz hat den Vorteil daszlig die er-forderliche Masse des Trafos sehr kleingehalten werden kann Sie ist naumlmlichvon der Frequenz des zu transformieren-den Stromes abhaumlngig Dadurch ist esmoumlglich Leichtgewichtsstromquellen her-zustellen Eine neuzeitliche Anlage fuumlrdas WIG-Schweiszligen mit einer Leistungvon 260 A 204 V wiegt deshalb nurnoch 245 kg ndashBild 16

Bild 14 TRITON 220 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 15 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation Taktfrequenz bis zu100 kHz

Bild 16 TRITON 260 DC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

Spa

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g U

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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14 1002Art Nr WM022200

Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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15 1002Art Nr WM022200

Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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20 1002Art Nr WM022200

men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

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50

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20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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11 1002Art Nr WM022200

Soviel uumlber das Leistungsteil elektroni-scher StromquellenBei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatorenerreicht wird durch die Steuerung elek-tronisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie das Leistungsteil Das Stellen desStromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Um im-pulsfoumlrmigen Strom zu erzeugen wirddas Verhaumlltnis der Ein-Auszeiten durchdie Steuerung zyklisch veraumlndert Aufaumlhnliche Weise kommt das Slope-upSlope-down zustandeDurch die neue Technik wurde aber auchdie geregelte Stromquelle moumlglich wel-che die Schweiszligtechnik schon lange ge-fordert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cos ϕ verbessert werdenEin verbesserter Wirkungsgrad und ge-

ringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosSchweiszligstromquellen koumlnnen eine waa-gerechte (Konstantspannungs-) Kennli-nie eine leicht fallende Kennlinie odereine im Arbeitsbereich senkrecht abfal-lende (Konstantstrom-) Kennlinie besit-zen ndashBild 17Bei vielen neuzeitlichen Stromquellenkann auf einfache Weise die Charakteri-stik der Kennlinie veraumlndert werden wo-durch sie fuumlr mehrere Prozesseverwendbar werden (Multiprozessanla-gen) Inverterstromquellen zum WIG-Schweiszligen besitzen eine Konstantstrom-charakteristik (Bild 17c) dh im Arbeits-bereich faumlllt die statische Kennliniesenkrecht ab Das bedeutet daszlig beiLaumlngenaumlnderungen des Lichtbogenswas beim manuellen Schweiszligen nichtimmer zu vermeiden ist sich nur dieSpannung veraumlndert die Stromstaumlrkeaber nicht Dadurch ist immer ein ausrei-chender Einbrand und eine konstanteAbschmelzleistung gewaumlhrleistet Diegleiche Kennlinie kann auch zum Licht-bogenhandschweiszligen verwendet werdenSoll die Stromquelle aber zum MIGMAG-Schweiszligen verwendet werden dann wirdbeim Umschalten auf dieses Verfahreneine Konstantspannungskennlinie (Bild17 a) eingestelltViele Inverterstromquellen sind auch pro-grammierbar was fuumlr das mechanisierteSchweiszligen zB das WIG-Orbitalschweiszligen oder fuumlr den Einsatzmit Robotern gefordert wird

6 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer WIG-Schweiszliger braucht nebenfachtheoretischen Kenntnissen auch gutepraktische Faumlhigkeiten Diese werden inSchweiszligkursen vermittelt die zB derDeutsche Verband fuumlr Schweiszligen undverwandte Verfahren eV in seinen Kurs-staumltten und Lehranstalten anbietet

61 Auswahl des SchweiszligzusatzesDer Schweiszligzusatz beim WIG-Schweiszligen liegt meist stabfoumlrmig vor

Stromstaumlrke I (A)

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Bild 17 Statische Kennlinien von Schweiszlig-stromquellen

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12 1002Art Nr WM022200

beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

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1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

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PG

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PE

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PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

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cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

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r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

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Dur

chm

esse

r [m

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Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

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elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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19 1002Art Nr WM022200

ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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20 1002Art Nr WM022200

men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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beim vollmechanischen Einsatz des Ver-fahrens wird er drahtfoumlrmig durch ein se-parates Vorschubwerk zugefuumlhrtIn der Regel werden die Schweiszligzusaumltzeartgleich zum Grundwerkstoff ausge-waumlhlt Manchmal ist es aber aus metall-urgischen Gruumlnden erforderlich daszlig derZusatz bei einigen Legierungselementenetwas vom Grundwerkstoff abweichtDies ist zB beim Kohlenstoffgehalt derFall der aus Gruumlnden der Riszligsicherheitwenn eben moumlglich sehr niedrig gehaltenwird In solchen Faumlllen spricht man vonartaumlhnlichen Schweiszligzusaumltzen Es gibtaber auch Faumllle wo artfremde Zusaumltzeerforderlich sind Dies ist zB der Fallbeim Fuumlgen von schwerschweiszligbaren C-Staumlhlen wo austenitische Schweiszligzusaumlt-ze oder sogar Nickelbasislegierungenverwendet werdenDer Durchmesser des Schweiszligzusatzesmuszlig auf die Schweiszligaufgabe abgestimmtsein Er richtet sich nach der Materialdik-ke und damit auch nach dem Durchmes-ser der Wolframelektrode Tabelle 3enthaumllt die der Blechdicke zugeordnetenElektroden- Gasduumlsen- und Schweiszlig-stabdurchmesserDie Schweiszligstaumlbe sind in der Regel 1000mm lang Sie werden in Bunden geliefertund sollten einzeln mit der DIN- oder derHandelsbezeichnung gekennzeichnetsein um Verwechslungen zu vermeiden

62 Einstellen der SchutzgasmengeDie Schutzgasmenge wird als Volumen-strom in Imin eingestellt Dieser richtetsich nach der Groumlszlige des Schmelzbadesund damit nach dem Elektrodendurch-messer dem Gasduumlsendurchmesserdem Duumlsenabstand zur Grundwerkstoffo-berflaumlche der umgebenden Luftstroumlmungund der Art des Schutzgases ndash sieheauch Abschnitt Schutzgase Eine Faust-regel sagt daszlig bei Argon als Schutzgasund den am meisten verwendeten Wolf-ramelektrodendurchmessern von 1 bis 4mm je Minute 5 bis 10 Liter Schutzgaszugegeben werden solltenDas Messen der Durchfluszligmenge kannindirekt mit Manometern erfolgen die dender Durchfluszligmenge proportionalenDruck vor einer eingebauten Stauduumlsemessen Die Skala des Manometers istdann direkt in Imin geeicht Genauer sindMeszliggeraumlte die mittels Glasroumlhrchen undSchwebekoumlrper direkt in dem zum Bren-ner flieszligenden Schutzgasstrom messen ndashBild 18

63 Reinigung der WerkstuumlckoberflaumlcheFuumlr ein gutes Schweiszligergebnis ist eswichtig die Fugenflanken und die Ober-flaumlche des Werkstuumlckes im Schweiszligbe-reich vor dem Beginn des Schweiszligens

Ble

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m]

1 10 4 162 16 4 bis 6 203 16 6 254 25 6 bis 8 305 25 bis 30 6 bis 8 326 32 8 408 40 8 bis 10 40

Tabelle 3 Wolfram-ElektrodendurchmesserGasduumlsengroumlszlige und Zusatzstab-durchmesser bei verschiedenenBlechdicken

Flaschendruckmanometermit Manometer

mit SchwebekoumlrperFlaschendruckmanometer

GasmengenmanometerDruckeinstellschraubeAbsperrventilStauduumlseAngabe der Gasart

Angabe der Gasart

Meszligrohr mit SchwebekoumlrperRegulierventil

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Farbkennzeichnung fuumlr Gasart

Bild 18 Messen der Schutzgasdurchfluszlig-menge

Die EWM WIG-Fibel

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gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

Die EWM WIG-Fibel

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

Die EWM WIG-Fibel

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Sch

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schw

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digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

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l

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Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

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szligst

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Sch

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szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

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Sch

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]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

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[A]

Sch

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digk

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cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

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[mm

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Dur

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szligst

rom

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Sch

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cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

Die EWM WIG-Fibel

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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13 1002Art Nr WM022200

gruumlndlich zu saumlubern Die Oberflaumlchensollten metallisch blank und frei von FettSchmutz Rost und Farbe sein AuchZunderschichten sollten nach Moumlglichkeitentfernt werden In vielen Faumlllen wird da-zu ein Buumlrsten ausreichen Wo dies nichtgenuumlgt muszlig die Oberflaumlche durchSchleifen oder ein mechanisches Bear-beitungsverfahren behandelt werden Beikorrosionsbestaumlndigen Werkstoffen duumlr-fen nur Buumlrsten aus nichtrostendem Stahlverwendet werden weil sonst Fremdrostdurch Eisenteilchen entstehen kann diein die Oberflaumlche eingetragen wurdenBei Aluminium ist es aus Gruumlnden derPorenentstehung besonders wichtig daszligkeine dickeren Oxidhaumlute auf der Ober-flaumlche verbleiben Hierauf wird spaumlternoch naumlher eingegangen Zum Saumlubernund Entfetten sind geeignete Loumlsungs-mittel zu benutzen Achtung Bei Ver-wendung chlorhaltiger Loumlsungsmittelkoumlnnen giftige Daumlmpfe entstehen

64 Zuumlnden des LichtbogensDer Lichtbogen sollte nie auszligerhalb derFuge auf dem Grundwerkstoff gezuumlndetwerden sondern stets so daszlig die Zuumlnd-stelle unmittelbar danach beim Schwei-szligen wieder aufgeschmolzen wird ZuBeginn des Schweiszligens kuumlhlt der hoch-erhitzte Grundwerkstoff an der Zuumlndstellenaumlmlich durch den Waumlrmeentzug derruumlckwaumlrtigen kalten Massen sehr schnellab Die Folge dieser raschen Abkuumlhlungkoumlnnen Aufhaumlrtungen eventuell schonmit Rissen verbunden und Poren seinDie schnelle Abkuumlhlung laumlszligt sich vermei-den wenn das Zuumlnden direkt am Beginnder Schweiszlignaht erfolgt und eventuellentstandene Ungaumlnzen sofort wiederaufgeschmolzen werdenDie Kontaktzuumlndung sollte die absoluteAusnahme sein wenn das verwendeteaumlltere Schweiszliggeraumlt nicht uumlber eineZuumlndhilfe (Hochspannungsimpulszuumln-dung) verfuumlgt ndash siehe auch Abschnitt 51Steuerung In diesem Fall wird auf einemin die Fuge in der Naumlhe des Schweiszlig-nahtbeginns eingelegten Kupferplaumlttchengezuumlndet Von dort wird der Lichtbogendann zum beabsichtigten Nahtanfang ge-

zogen und das Schweiszligen beginnt Beieiner Beruumlhrungszuumlndung direkt auf demGrundwerkstoff kann Wolfram insSchweiszliggut gelangen das wegen deshohen Schmelzpunktes nicht aufge-schmolzen wird und spaumlter im Durch-strahlungsfilm wegen der groumlszligerenAbsorption der Roumlntgenstrahlen durchWolfram als helle Stelle zu erkennen ist

65 Fuumlhren des BrennersBeim WIG-Schweiszligen wird das Nach-Links-Schweiszligen eingesetzt Bild 19Diese Definition ist aber nur eindeutigwenn der Schweiszliger den Brenner mit derrechten Hand und den Zusatzstab mit derlinken Hand fuumlhrt wie dies bei Rechts-haumlndern uumlblich ist und wenn man die Po-sitionen aus Sicht des Schweiszligers siehtEindeutiger ist die Schweiszligrichtung defi-niert wenn man sagt der Schweiszligstabwird in Schweiszligrichtung vor dem BrennergefuumlhrtDies gilt fuumlr alle Positionen allerdingsnicht fuumlr die Fallnahtschweiszligung BeimAuftragsschweiszligen wird wegen der houmlhe-ren Abschmelzleistung manchmal auchnach rechts geschweiszligtDer Brenner wird in einem Winkel vonetwa 20deg zur Senkrechten in Schweiszlig-richtung stechend angestellt derSchweiszligstab wird dabei von vorn ziem-lich flach unter einem Winkel von etwa15deg zur Werkstuumlckoberflaumlche zugefuumlhrtDer Lichtbogen schmilzt zuerst einSchmelzbad auf Darin schmilzt derSchweiszligstab dann unter dem Lichtbogenab wobei der Schweiszliger durch Vor- undZuruumlckbewegungen des Stabes tupfendeBewegungen ausfuumlhrt Dabei darf der

~20deg

~15deg

Bild 19 Positionierung des Brenners unddes Zusatzstabes [1]

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Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

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Dur

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m]

Sch

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szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

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nzah

l

Wol

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Dur

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r [m

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Sch

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szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

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r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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14 1002Art Nr WM022200

Stab beim Verbindungsschweiszligen nichtzu weit unter den Lichtbogen geschobenwerden weil sonst der Einbrand in denGrundwerkstoff vermindert wird BeimAuftragsschweiszligen wo man an einer ge-ringeren Vermischung interessiert istmacht man sich dies aber auch positiv zunutzeBeim Verbindungsschweiszligen sollte dasStabende am vorderen Rand desSchmelzbades abschmelzen Dabei muszligder Schweiszliger aber darauf achten daszliger das schmelzfluumlssige Ende bei dentupfenden Bewegungen nicht aus derSchutzgasglocke heraus bewegt EineOxidation des Stabendes waumlre die Folgeund Oxide koumlnnten in das SchmelzbadgelangenIn der Regel wird ohne oder mit nur ge-ringer Pendelbewegung geschweiszligtHierbei wird die Schutzgasglocke am we-nigsten gestoumlrt In der Position PF (senk-recht steigend) muszlig dagegen einegeringe Pendelbewegung von Brennerund Schweiszligstab ausgefuumlhrt werdenDas Gleiche gilt fuumlr Zwischenlagen in ei-ner Breite die nicht mehr mit einerStrichraupe gefuumlllt werden koumlnnen dieaber fuumlr zwei Strichraupen zu schmalsind

66 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an der

Innenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitertndash(Bild 20a)Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter FluszligIiniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen Dies zeigt sich zB dadurchdaszlig er beim Schweiszligen auf einem ma-gnetisierbaren Werkstoff an den Ble-chenden nach Innen abgelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnenndash(Bild 20b) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

67 SchweiszligpositionenNach ISO 6947 werden die Schweiszligposi-tionen mit PA ndash PG bezeichnet Diesesind wenn man Sie an einem Rohr be-trachtet von oben (PA) ausgehend imUhrzeigersinne alphabetisch angeordnetndashBild 21

Wirkung desGegenpoles

a) b)

Wirkung groszligerEisenmassen

Bild 20 Magnetische Blaswirkung

Die EWM WIG-Fibel

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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16 1002Art Nr WM022200

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szlig-

gesc

hwin

digk

eit

[cm

min

]

Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

Ble

chdi

cke

[mm

]

Fug

enfo

rm

Lage

nzah

l

Wol

fram

elek

trod

en-

Dur

chm

esse

r [m

m]

Sch

wei

szligst

rom

[A]

Sch

wei

szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Die Position PA ist das was fruumlher inDeutschland mit waagerecht oder Wan-nenlage bezeichnet wurde Es folgendann die Stumpfnahtpositionen PC (hori-zontal an senkrechter Wand) und PE(uumlberkopf) sowie die KehlnahtpositionenPB (horizontal) und PD (horinzon-taluumlberkopf) Beim Schweiszligen von Ble-chen bedeutet PF das senkrechtsteigend geschweiszligt wird PG ist dieFallnaht Am Rohr sind aber daruntermehrere Positionen zusammengefaszligtDie Position PF gilt wenn das Rohr vonder Uumlberkopfposition ausgehend ohneDrehen nach beiden Seiten steigend ge-schweiszligt wird bei der Position PG giltdies sinngemaumlszlig fuumlr die Schweiszligung vonoben nach unten (Fallnaht) Das WIG-Schweiszligen ist in allen Positionen moumlg-lich Die Schweiszligdaten muumlssen dabeiwie auch bei anderen Schweiszligverfahrenauf die Position abgestimmt werden

68 SchweiszligparameterDie untere Grenze der Anwendbarkeitdes WIG-Verfahrens liegt bei Stahl beietwa 03 mm bei Aluminium und Kupferbei 05 mm Nach oben hin sind der An-wendung houmlchstens wirtschaftliche Gren-zen gesetzt Die Abschmelzleistung desVerfahrens ist nicht sehr groszlig Deshalbwerden oft nur die Wurzellagen WIG-geschweiszligt und die uumlbrigen Lagen mitanderen Verfahren (E MAG) die einehoumlhere Leistung haben eingebracht

Bei der Wahl der Schweiszligparameter muszligman sich vergegenwaumlrtigen daszlig amSchweiszliggeraumlt nur die Stromstaumlrke einge-stellt wird die Lichtbogenspannung ergibtsich aus der Lichtbogenlaumlnge die derSchweiszliger einhaumllt Dabei gilt daszlig dieSpannung mit zunehmender Lichtbogen-laumlnge groumlszliger wird Als Anhaltswert fuumlr ei-ne zum Durchschweiszligen ausreichendeStromstaumlrke gilt beim Schweiszligen vonStahl mit Gleichstrom (-Pol) eine Strom-staumlrke von 45 Ampere pro mm Wanddik-ke Beim Wechselstromschweiszligen vonAluminium werden 40 Amperemm benouml-tigtGeeignete Schweiszligdaten fuumlr Stumpf-naumlhte an verschiedenen Werkstoffenkoumlnnen Tabelle 4 bis Tabelle 8 entnom-men werden

69 Schweiszligen mit StromimpulsenBeim Schweiszligen mit impulsfoumlrmigemStrom wechseln Stromstaumlrke und Span-nung im Rhythmus der Impulsfrequenzstaumlndig zwischen einem niedrigenGrundwert und dem houmlheren ImpulswertndashBild 22

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 21 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

I[A

]

t [s]

T

tG tP I G

I m

I P

Bild 22 Zeitlicher Verlauf des Schweiszligstro-mes beim ImpulsschweiszligenIG GrundstromIM mittlerer StromIP PulsstromtG GrundstromzeittP ImpulsstromzeitT 1 Periode = 1ff Frequenz

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Sch

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szligge

schw

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digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

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Sch

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eit [

cmm

in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

ff

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

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Sch

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digk

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in]

10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

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rom

[A]

Sch

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schw

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digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Dur

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Sch

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szligge

schw

in-

digk

eit [

cmm

in]

10 I 1 10 45 3220 I 1 16 100 3030 I 1 16 125 3040 I 2 24 170 2550 I 2 32 225 2260 V 2 40 300 20

Tabelle 4 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon hochlegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

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in]

40 I 2 20 90 2460 I 2 24 110 2080 I 2 24 120 18

100 DV 2 24 120 16120 DV 2 32 140 15

Tabelle 5 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PF ndash Schutzgas Argon[3]

Wer

ksto

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Rein-nickel

10 I 1 10 65 13

15 I 1 16 90 1230 I 1 24 140 1050 V 3 24 145 12

100 V 8 24 150 12Kupfer 15 I 1 16 130 28

30 I 1 32 200 2550 I 2 40 270 15

Tabelle 6 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Nickel und Kupfer Stromart

Gleichstrom (-Pol) ndash Pos PA ndashSchutzgas Argon [3] [1]

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10 I 1 10 60 3220 I 1 16 110 3030 I 1 16 140 3040 I 2 24 190 2550 I 2 32 250 2260 V 2 40 350 20

Tabelle 7 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon un- und niedriglegiertem StahlStromart Gleichstrom (-Pol) ndash PosPA ndash Schutzgas Argon [1]

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in]

10 I 1 16 75 2620 I 1 20 90 2130 I 1 24 125 1740 I 1 32 160 1550 V 2 32 165 14 bis 1760 V 2 40 185 10 bis 15

Tabelle 8 Richtwerte fuumlr das WIG-Schweiszligenvon Aluminium Stromart Wechsel-strom ndash Pos PA ndash Schutzgas Ar-gon [3]

Heutige Inverterstromquellen gestattenmeist das Einstellen von Impulsfrequen-zen zwischen 05 und 300 Hz Sonder-stromquellen pulsen auch im kHz-BereichWaumlhrend in den houmlheren Frequenzberei-chen sich Effekte wie Kornverfeinerungim Schweiszliggut und Lichtbogenein-schnuumlrung realisieren lassen wird deruntere Frequenzbereich wegen der bes-seren Schmelzbadbeherrschung inZwangslagen vor allem in der Position PFgewaumlhlt Dies kommt folgendermaszligenzustande (Bild 23)

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17 1002Art Nr WM022200

Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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19 1002Art Nr WM022200

ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Unter Einwirkung des hohen Impulsstro-mes wird der Einbrand in den Grund-werkstoff erzeugt und es bildet sich einpunktfoumlrmiges Schmelzbad aus Diesesbeginnt unter Einwirkung des folgendenniedrigeren Grundstromes bereits vomRand ausgehend zu erstarren bis dernaumlchste Stromimpuls es wieder auf-schmilzt und vergroumlszligert Inzwischen istder Lichtbogen aber bereits in Schweiszlig-geschwindigkeit weiter gewandert sodaszligdie Schweiszlignaht beim WIG-Impulsschweiszligen aus vielen sich uumlber-lappenden Schweiszligpunkten gebildet wirdDie Groumlszlige des Schmelzbades ist dabeiim Durchschnitt kleiner als beim Schwei-szligen mit gleichfoumlrmigem Strom sodaszlig essich in Zwangslagen besser beherrschenlaumlszligt Trotzdem ist ausreichender Ein-brand gewaumlhrleistet Der eben geschil-derte Effekt tritt aber nur auf wenn einausreichender Temperaturunterschied imSchmelzbad zwischen Grund- und Im-pulsphase auftritt Dies ist nur bei Im-pulsfrequenzen unter etwa 5 HzgegebenAls Nachteil kann genannt werden daszligdie Schweiszliggeschwindigkeit vielfachbeim Impulsschweiszligen verringert werdenmuszlig Auch nimmt der Schweiszliger dasPulsen im niedrigen Frequenzbereich alsstoumlrendes Flackern des Lichtbogenswahr Deshalb wird diese Variante desWIG-Schweiszligens weniger beim manuel-len Schweiszligen angewandt wo derSchweiszliger andere Moumlglichkeiten hat dieBadbeherrschung zu beeinflussen alsvielmehr beim mechanisierten WIG-Schweiszligen

610 Moumlglichkeiten des MechanisierensDas manuelle WIG-Verfahren (Bild 24)laumlszligt sich schon mit einfachen Mittel me-chanisieren Dies wird vor allem interes-sant wenn laumlngere Laumlngsnaumlhte anBlechen zu schweiszligen sind oder haumlufigRundnaumlhte an rohrfoumlrmigen Koumlrpern vor-kommenBeim Schweiszligen von Laumlngsnaumlhten kannder Brenner an ein einfaches Fahrwerkangeflanscht werden mit dem er uumlber dieSchweiszligfuge faumlhrt Wenn Ungenauigkei-ten in der Fugengeometrie auftretenempfiehlt sich die Verwendung einerBadsicherungBeim Schweiszligen von Rundnaumlhten wirdder Brenner stationaumlr aufgehaumlngt und dasWerkstuumlck bewegt sich in einer Drehvor-richtung unter dem Brenner herBei komplexen Teilen werden auchSchweiszligroboter zum WIG-SchweiszligeneingesetztIn allen Faumlllen wird wo Zusatzwerkstofferforderlich ist dieser mechanisiert durcheine Vorschubvorrichtung in Drahtformdem Lichtbogen zugefuumlhrt

611 ArbeitssicherheitDas WIG-Schweiszligen ist ein sehr saube-res Verfahren Es entstehen kaumschaumldliche Gase und Rauche sodaszlig einAbsaugen direkt am Entstehungsort nachden bestehenden Arbeitsschutzvor-

S = SchmelzpunktlaumlngeL

Schweiszlig-richtung

SL

UL AL

ALUuml = UumlberlappungslaumlngeL

A = LinsenabstandL

Bild 23 Aufbau der Schweiszlignaht aus ein-zelnen Schweiszligpunkten [2

Bild 24 TIG 230 DC WIG-Schweiszligen in derLebensmittelindustrie

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schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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18 1002Art Nr WM022200

schriften nicht vorgeschrieben ist Es ge-nuumlgt die freie Luumlftung oder die technischeLuumlftung des Raumes Der Schweiszligermuszlig sich aber vor der Strahlung desLichtbogens und vor elektrischen Gefah-ren schuumltzenGegen die infrarote und ultravioletteStrahlung traumlgt der WIG-Schweiszliger in derRegel einen Kopfschirm Bild 24 der ihmbeide Haumlnde frei haumllt fuumlr die Brennerfuumlh-rung und die Zugabe von ZusatzmaterialIn diesen Schutzschirm ist der Schwei-szligerschutzfilter integriert Diese Filter sindneuerdings in DIN EN 169 genormt Esgibt verschiedene Schutzstufen die aufdem Glas dauerhaft aufgebracht seinmuumlssen Beim WIG-Schweiszligen werden jenach angewandter Stromstaumlrke Filter derSchutzstufen 9 bis 14 eingesetzt wobeidie Stufe 9 zu den geringeren Stroumlmengehoumlrt und 14 den houmlheren Stromstaumlrkenzugeordnet istDie houmlchste elektrische Gefaumlhrdung gehtvon der Leerlaufspannung aus Dies istdie houmlchste Spannung welche an dereingeschalteten Stromquelle zwischenden Anschluszligbuchsen anliegt wenn derLichtbogen nicht brennt Nach dem Zuumln-den des Lichtbogens ist die Spannungwesentlich geringer beim WIG-Schweiszligen nur etwa 12 bis 20 Volt Nachder UVV VBG 15 duumlrfen Stromquellen fuumlrGleichstrom im normalen Betrieb einenScheitelwert der Leerlaufspannung vonmax 113 Volt haben Bei Wechselstro-manlagen betraumlgt dieser Wert ebenfalls113 Volt jedoch ist der Effektivwert Wertauf max 80 Volt begrenzt Unter erhoumlhterelektrischer Gefaumlhrdung zB beimSchweiszligen in engen Raumlumen oder aufgroszligen Eisenmassen gelten fuumlr Wech-selstrom herabgesetzte Werte zB einScheitelwert von 68 Volt und ein Effekti-vwert von 48 Volt Neuere Schweiszlig-stromquellen die diese Forderungerfuumlllen tragen nach DIN EN 60974-1 dasZeichen rdquoSrdquo Aumlltere Stromquellen koumlnnendagegen noch mit rdquoKrdquo (Gleichstrom) oderrdquo42 Vrdquo (Wechselstrom) gekennzeichnetsein Gegen elektrische Schlaumlge schuumltztder Schweiszliger sich am sichersten durchnicht beschaumldigte Schweiszligerhandschuhe

aus Leder und gut isolierende Arbeits-kleidung einschlieszliglich Schuhwerk

7 Besonderheiten verschiedenerWerkstoffeEs wurde schon gesagt daszlig das WIG-Verfahren sich fuumlr das Schweiszligen einergroszligen Palette von Werkstoffen eignetEinige Werkstoffe werden dabei mitGleichstrom andere mit Wechselstromgeschweiszligt Tabelle 9 listet auf welcheWerkstoffe sich besser mit Gleichstromund welche sich besser mit Wechsel-strom schweiszligen lassenIm Folgenden werden einige Besonder-heiten behandelt die sich bei den ver-schiedenen Werkstoffen ergeben

71 Un- und niedriglegierte StaumlhleDiese Staumlhle lassen sich mit allenSchmelzschweiszligverfahren fuumlgen Bei derAuswahl des Schweiszligverfahrens sindaber meist weniger Qualitaumltsgesichts-punkte als vielmehr wirtschaftliche Uumlber-legungen entscheidend Das WIG-Verfahren ist deshalb wegen seiner ge-

Gleich-strom

Werkstoff

Ele

ktro

dendashP

ol

Ele

ktro

de+

Pol

Wec

hsel

stro

mC-Stahl XX - -

Nichtrostender Stahl XX - -

Aluminium und Al-Legie-rungen

- X 1) XX

Magnesium und Mg-Legierungen

- X 1) XX

Kupfer XX - -

Aluminiumbronze X - XX

Siliziumbronze XX - -

Messing X - XX

Nickel und Ni-Legierungen XX - X

Titan XX - -

Tabelle 9 Geeignete Stromart fuumlr verschie-dene Werkstoffe SchutzgasReinargon1) nur fuumlr duumlnne MaterialienXX = beste ErgebnisseX = brauchbar- = nicht zu empfehlen

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19 1002Art Nr WM022200

ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

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20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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19 1002Art Nr WM022200

ringen Leistung bei diesen Staumlhlen unter-repraumlsentiert Eine Ausnahme macht dasSchweiszligen von Wurzellagen Bei Wand-dicken groumlszliger etwa 6mm wird oft nur dieWurzel WIG-geschweiszligt und die uumlbrigenLagen werden mit einem leistungsfaumlhige-ren Verfahren eingebracht Eine andereAusnahme ist das Schweiszligen von Rohr-leitungen mit kleineren DurchmessernHierfuumlr gibt es nichts was sich besserdafuumlr eignen wuumlrde als das WIG-VerfahrenEine Besonderheit ist daszlig es zur Poren-bildung kommen kann zB bei unlegier-ten Rohrstaumlhlen (zB P235) die wenigSilizium enthalten oder beim Einschwei-szligen solcher Rohre in Kesselboumlden Auchbei Tiefziehstaumlhlen die nur mit Aluminiumberuhigt sind koumlnnen Poren auftretenwenn mit wenig Zusatzwerkstoff ge-schweiszligt wird Durch Sauerstoffaufnah-me aus der Atmosphaumlre die auch beimSchutzgasschweiszligen nicht voumlllig zu ver-hindern ist wird das Schweiszliggut unberu-higt und es koumlnnen Poren durchKohIenmonoxidbildung im Schweiszliggutauftreten Die Abhilfe besteht darin moumlg-lichst viel Si Mn-legierten Zusatzwerk-stoff einzubringen wodurch derSauerstoff unschaumldlich abgebunden wird

72 Austenitsche CrNi-StaumlhleDiese Werkstoffe eignen sich besondersgut zum WIG-Schweiszligen weil durch dieguumlnstige Viskositaumlt des Schweiszliggutesfeingefiederte glatte Oberraupen und fla-che Wurzelunterseiten entstehenDurch die relativ langsame Schweiszligge-schwindigkeit des WIG-Verfahrens unddie geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit der CrNi-Staumlhle kann es bei kleinen Wanddickenaber leicht zu Uumlberhitzungen kommenDadurch koumlnnen Heiszligrisse auftretenauch die Korrosionsbestaumlndigkeit kannvermindert werden Uumlberhitzungen koumln-nen wenn notwendig durch Einlegen vonAbkuumlhlungspausen oder Kuumlhlen derWerkstuumlcke vermieden werden Dadurchverringert sich auch der Verzug der ge-rade bei CrNi-Staumlhlen wegen des houmlhe-ren Ausdehnungskoeffizienten groumlszliger istals bei unlegiertem Stahl

Bei Bauteilen die spaumlter einem Korrosi-onsangriff ausgesetzt sind muumlssen dienach dem Schweiszligen auf der Oberflaumlcheder Naht und auf den Raumlndern beider-seits im Grundwerkstoff zuruumlckbleiben-den Oxidhaumlute und Anlauffarben durchBuumlrsten Strahlen Schleifen oder Beizenentfernt werden bevor das Bauteil in Be-trieb geht Unter diesen Haumluten kommt essonst zu einem verstaumlrkten Korrosi-onsangriff Dies gilt auch fuumlr die Wurzel-seite beim Schweiszligen von Rohren Daeine mechanische Bearbeitung hierschlecht moumlglich ist empfiehlt sich dieVermeidung der Oxidation durch Formie-ren ndash siehe auch Kapitel 34 Formieren

73 Aluminium und AluminiumlegierungenBeim Schweiszligen von Aluminiumwerk-stoffen wird von Ausnahmen abgesehenauf die spaumlter noch eingegangen wirdWechselstrom zum Schweiszligen verwen-det Dies ist erforderlich um die hoch-schmelzende Oxidschicht auf dem Badzu beseitigen Aluminiumoxid (AI2O3) hateinen Schmelzpunkt von etwa 2050degCDer Grundwerkstoff zB Reinaluminiumschmilzt dagegen schon bei 650degC Alu-minium hat eine so groszlige chemischeVerwandtschaft zu Sauerstoff sodaszlig sichselbst wenn die Oberflaumlche des Grund-werkstoffs vor dem Schweiszligen durchBuumlrsten oder Schaben oxidfrei gemachtwurde auf der Badoberflaumlche schnellwieder solche Haumlute bilden Dieseschmelzen wegen ihres hohen Schmelz-punktes nur direkt unter dem Lichtbogenteilweise auf Der groumlszligte Teil der Nahto-berflaumlche waumlre beim Schweiszligen mitGleichstrom (-Pol) also mit einer festenSchicht von Aluminiumoxid bedeckt Die-se macht die Badbeobachtung unmoumlglichund erschwert die Zugabe von Zusatz-werkstoff Zwar koumlnnte diese Oxidschichtdurch Verwenden von Fluszligmitteln wiebeim Loumlten beseitigt werden dies wuumlrdeaber einen zusaumltzlichen Aufwand be-deutenBeim Schweiszligen mit Wechselstrom bietetsich die Moumlglichkeit diese Oxidschichtdurch Ladungstraumlger im Lichtbogen auf-zureiszligen und zu beseitigen Dafuumlr kom-

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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men nur die lonen infrage da die Elek-tronen wegen ihrer geringen Masse nichtgenuumlgend kinetische Energie dafuumlr besit-zen Bild 25 zeigt den Ladungstraumlgerfluszligim LichtbogenWenn der Minuspol an der Elektrodeliegt wandern die Elektronen von derElektrode zum Werkstuumlck und dieRestionen vom Werkstuumlck zur ElektrodeBei dieser Polung ist eine Reinigungswir-kung nicht moumlglich Bei umgekehrter Po-lung treffen dagegen die schwererenlonen auf die Werkstuumlckoberflaumlche Siekoumlnnen durch ihre kinetische Energie dieOxidschicht aufreiszligen und beseitigenDas Schweiszligen am heiszligeren Pluspolhaumltte aber zur Folge daszlig die Strombe-lastbarkeit der Elektrode nur sehr geringwaumlre Diese Variante des WIG-Schweiszligens ist deshalb nur fuumlr dasSchweiszligen sehr duumlnner Aluminiumstruk-turen (bis etwa 25 mm Wanddicke)brauchbar Als Kompromiszlig bietet sich derWechselstrom an Wenn die positiveHalbwelle an der Elektrode liegt tritt dieReinigungswirkung ein In der danachfolgenden negativen Halbwelle kann dieElektrode dann wieder abkuumlhlen Manspricht deshalb auch von der Reinigungs-und der Kuumlhlhalbwelle Die Strombelast-barkeit ist beim Schweiszligen an Wechsel-

strom geringer als beim Gleichstrom-Minuspolschweiszligen Sie ist aber wesent-lich houmlher als beim Schweiszligen am Plus-pol ndash siehe auch Tabelle 1 Es hat sichgezeigt daszlig fuumlr eine ausreichende Reini-gungswirkung gar nicht die ganze positi-ve Halbwelle benoumltigt wird sondern daszlig20 oder 30 davon ausreichen Dies hatman sich bei modernen WIG-Stromquellen zu Nutze gemacht Dieseerzeugen einen kuumlnstlichen rechteckfoumlr-migen Wechselstrom in dem mittelsschnell reagierender Schalter (Transisto-ren) wechselseitig der Plus- und der Mi-nuspol einer Gleichstromquelle auf dieElektrode geschaltet wird Dabei kannman dann die Balance der beiden Halb-wellen zueinander zB von 20 Plus 80 Minus bis 80 Plus 20 Minusveraumlndern (Bild 26)Der geringere Anteil des Pluspols fuumlhrt zueiner houmlheren Strombelastbarkeit derElektrode bzw bei gleicher Stromein-stellung zu einer laumlngeren Standzeit Beidiesen sogenannten rdquoSquare-Wave-Quellenrdquo kann meist auch die Frequenzdes kuumlnstlichen Wechselstromes nochveraumlndert werden zB zwischen 50 und300 Hz Auch mit dem Erhoumlhen der Fre-quenz ist eine Schonung der ElektrodeverbundenDer rechteckfoumlrmige kuumlnstliche Wechsel-stromes hat aber noch einen weiterenVorteil Da der Stromverlauf beim Wech-sel der Polaritaumlt sehr steil ist sind dieTotzeiten des Lichtbogens beim Null-durchgang wesentlich kuumlrzer als bei ei-nem sinusfoumlrmigen Verlauf DasWiederzuumlnden erfolgt deshalb sicherersogar ohne Zuumlndhilfe und der Lichtbogenist insgesamt stabiler Allerdings machensich die Wiederzuumlndvorgaumlnge als staumlrke-res Brummgeraumlusch bemerkbar Moder-ne WIG-Stromquellen gestatten dasSchweiszligen mit Gleichstrom sowie mit si-

Reinigung durchkinetische Energie

Ionen Elektronen

Elektronen Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al O2 3

Al O2 3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

Bild 25 Erklaumlrung der Reinigungswirkung

+Strom 100A

-

80

80

50

50

20

20

Bild 26 Unterschiedliche Balanceeinstel-lung bei rechteckfoumlrmigen Wech-selstrom

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

Die EWM WIG-Fibel

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22 1002Art Nr WM022200

Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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23 1002Art Nr WM022200

In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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24 1002Art Nr WM022200

Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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21 1002Art Nr WM022200

nusfoumlrmigem und mit rechteckfoumlrmigenWechselstrom Bild 27In neuerer Zeit wird auch eine Variantedes WIG-Minuspolschweiszligens angewen-det bei der hochheliumhaltiges Schutz-gas (zB 90 He 10 Ar) verwendetwird Beim Schweiszligen am Minuspol laumlszligtsich wie bereits geschildert die Oxidhautnicht aufbrechen Durch die hohe Tempe-ratur des energiereicheren Heliumlicht-bogens kann sie aber verfluumlssigt werdenDamit ist sie nur noch wenig stoumlrend DasWIG-Gleichstrom-Minuspolschweiszligenunter Helium wird wegen des besserenEinbrandverhaltens vor allem bei Repa-raturschweiszligungen an Guszligteilen ausAluminium-Silizium-Legierungen ange-wendetEine weitere Besonderheit beim Schwei-szligen des Werkstoffes Aluminium ist seinePorenempfindlichkeit bei der Aufnahmevon Wasserstoff Die Verhaumlltnisse sindwesentlich kritischer als beim Schweiszligenvon Stahl Waumlhrend Eisen beim Uumlber-gang vom fluumlssigen in den festen Zustandnoch eine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff von 8 cm3100 g Schweiszliggut besitzthat Aluminium im festen Zustand prak-tisch keine Loumlsungsfaumlhigkeit fuumlr Wasser-stoff mehr Das heiszligt aller Wasserstoffder beim Schweiszligen aufgenommen wur-de muszlig das Schweiszliggut verlassen bevores erstarrt Anderenfalls entstehen Porenim SchweiszliggutQuellen fuumlr Wasserstoff beim WIG-Schweiszligen von Aluminium sind in erster

Linie Oxidhaumlute auf dem GrundwerkstoffDiese binden Feuchtigkeit und muumlssendeshalb vor dem Schweiszligen durch Buumlr-sten oder Schaben entfernt werden An-dererseits ist der Lichtbogen ruhigerwenn sich eine duumlnne Oxidhaut auf derOberflaumlche befindet weil diese leichterElektronen aussendet als das reine Me-tall Es muszlig deshalb ein Kompromiszlig ge-funden werden zwischen einem stabilenLichtbogen und einer ausreichenden Po-rensicherheit Es hat sich als guumlnstig er-wiesen die Werkstuumlckoberflaumlchen vordem Schweiszligen gruumlndlich von Oxiden zubefreien danach aber mit dem Schwei-szligen noch eine oder zwei Stunden zuwarten damit sich eine duumlnne Oxid-schicht neu bilden kann Auch die auf derOberflaumlche der Schweiszligstaumlbe gebildetenOxidhaumlute tragen zur Porenbildung beiZusatzwerkstoffe aus Aluminium solltendeshalb sorgfaumlltig und nicht zu lange ge-lagert werden

74 Kupfer und KupferlegierungenDas Schweiszligen von Kupfer wird vor al-lem durch seine groszlige Waumlrmeleitfaumlhigkeiterschwert Deshalb muszlig bei groumlszligerenWerkstoffdicken zumindest am Schweiszlig-nahtbeginn vorgewaumlrmt werden Spaumlterergibt sich ein Vorwaumlrmeffekt durch dievoranlaufende Schweiszligwaumlrme sodaszlig eingroszligflaumlchiges Vorwaumlrmen nur bei Wand-dicken gt 5 mm erforderlich ist Das WIG-Verfahren bietet die Moumlglichkeit denLichtbogen selbst zum Vorwaumlrmen zubenutzen in dem man am Schweiszlignaht-beginn durch kreisende Bewegungen mitdem verlaumlngerten Lichtbogen WaumlrmeeinbringtReinkupfer und viele Cu-Legierungenwerden mit Gleichstrom Elektrode amMinuspol geschweiszligt Nur einige Bronzenwie Messing und Aluminiumbronze las-sen sich besser mit Wechselstromschweiszligen

75 Sonstige WerkstoffeAuszliger den bereits besprochenen Werk-stoffen werden noch in nennenswertemMaszlige Nickel und Nickellegierungen WIG-geschweiszligt Die wichtigsten sind Nickel

Bild 27 TRITON 220 ACDC WIG-Inverter-Schweiszliggeraumlt

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Chrom-Legierungen (zB Inconel) undNickel Kupfer-Legierungen (zB Monel)Ferner werden Titan und Titanlegierun-gen WIG-geschweiszligt Auch fuumlr dieseWerkstoffe eignet sich am besten Gleich-strom mit negativ gepolter ElektrodeBeim Schweiszligen von Titan muszlig abernicht nur der Schweiszlignahtbereich selbstdurch Schutzgas geschuumltzt werden son-dern auch in weiterer Entfernung von derSchweiszligstelle und gegebenenfalls auchauf der Ruumlckseite muszlig durch Schlepp-brausen Schutzgas zugegeben werdenum Anlauffarben zu vermeiden DerWerkstoff versproumldet sonst durch Auf-nahme atmosphaumlrischer Gase

8 Anwendung des WIG-SchweiszligensAnwendungsbeispiele fuumlr das WIG-Schweiszligen zeigen Bild 28 bis Bild 32 Mitdem WIG-Verfahren werden vornehmlichduumlnnwandige Werkstuumlcke gefuumlgt bei dik-keren Materialien wird dagegen meist nurdie Wurzel mit diesem Verfahren ge-schweiszligt und die Fuumlll- und Decklagen mitanderen leistungsfaumlhigeren Verfahreneingebracht Nach einer Statistik liegtdeshalb auf die Gesamtheit aller inDeutschland hergestellten Schweiszlignaumlhtebezogen der Anteil dieses Verfahrensnur knapp unter 2 Diese Zahl faumlllt al-lerdings fuumlr das WIG-Schweiszligen deshalbunguumlnstig aus weil sie auf dem Zusatz-werkstoffverbrauch basiert Beim WIG-Schweiszligen wird aber wie schon ausge-fuumlhrt in der Regel wenig Schweiszligzusatzgebraucht Der wirkliche Anteil diesesVerfahrens duumlrfte deshalb houmlher liegenobwohl es an die Anwendung des Licht-bogenhandschweiszligens das etwa bei75 liegt nicht annaumlhernd herankommtTrotzdem ist das WIG-Schweiszligen einsehr wichtiges Verfahren Seine Vorteilewurden schon an anderer Stelle dieserBroschuumlre beschrieben

81 FertigungszweigeDas WIG-Schweiszligen wird hauptsaumlchlichim Kessel- Behaumllter- Apparate- undRohrleitungsbau eingesetzt aber auch inder Luft- und Raumfahrtindustrie und bei

der Herstellung laumlngsnahtgeschweiszligterRohre aus EdelstahlEin weiteres Anwendungsgebiet hat dasWIG-Schweiszligen beim Auftragsschweiszligenvornehmlich im Werkzeugbau wo mit die-sem Verfahren auch sehr feine KonturenzB an Gesenken und Schnittwerkzeu-gen ausgebessert werden koumlnnen

82 AnwendungsbeispieleBild 29 zeigt die Anwendung des manu-ellen WIG-Schweiszligens im Apparatebau

Bild 28 Anwendung der PICOTIG 160 HF

Bild 29 TRITON 160 DC WIG-Schweiszligen imApparatebau

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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In ein Gehaumluse aus nichtrostendem CrNi-Stahl (W-Nummer 14301) wird einFlansch eingeschweiszligt Die benutzteSchweiszliganlage TRITON 160 DC liefertdafuumlr Gleichstrom bis zu 160 Ampere beieiner Einschaltdauer von 50Ebenfalls um das Schweiszligen von CrNi-Stahl in der chemischen Industrie geht esin dem Anwendungsfall in Bild 30Hier werden Rundnaumlhte an Rohrleitungenaus diesem Werkstoff WIG mit Gleich-strom geschweiszligt Es ist die leistungsfauml-higere Schweiszliganlage TRITON 260 DCmit einer Nennstromstaumlrke von 260 Am-

pere im Einsatz Das WIG-Verfahrenwurde hier vor allem darum ausgewaumlhltweil eine einwandfreie Wurzeldurch-schweiszligung von auszligen gefordert war Beisolchen Schweiszligarbeiten muszlig das Roh-rinnere formiert werdenEs wurde schon erwaumlhnt daszlig ein bevor-zugtes Anwendungsgebiet fuumlr das WIG-Schweiszligen die Luft- und Raumfahrtindu-strie ist Bild 31 zeigt die Anwendung desVerfahrens bei der Reparatur einerMischkammer fuumlr ein FlugzeugtriebwerkDer Grundwerkstoff ist hier eine hoch-warmfeste und korrosionsbestaumlndigeNickelbasis-LegierungIn Bild 32 werden Rohre aus hitzebe-staumlndigem Stahl in den Rohrboden einesWaumlrmetauschers eingeschweiszligt Es gehthier um die manuelle Anwendung desVerfahrensSehr oft werden aber solche Schweiszligar-beiten auch mechanisiert In diesem Fallwird der Brenner mittels eines Spann-dorns im Innern des Rohres zentriert Erlaumluft in der Regel von einer Position vorPA ausgehend in einer Kreisbahn um das

Bild 30 TRITON 260 DC WIG-Schweiszligen anRohrleitungen

Bild 31 WIG-Schweiszligen bei der Reparaturvon Triebwerksteilen

Bild 32 WIG-Schweiszligen beim Einschweiszligenvon Rohren in Rohrboumlden

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

Die EWM WIG-Fibel

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Rohr herum (Orbitalschweiszligen) Dabeikann auch Zusatzwerkstoff zugefuumlhrtwerden Da nacheinander alle Positionenvon waagerecht uumlber fallend und Uumlber-kopf bis steigend durchlaufen werdensind die dafuumlr verwendeten Schweiszlig-stromquellen programmierbar sodaszlig dieSchweiszligdaten der jeweiligen Schweiszligpo-sition entsprechend optimal angepaszligtwerden koumlnnen Solche WIG-Orbital-schweiszligungen kommen auch als Stumpf-naumlhte an Rohren vor In diesem Fallelaumluft der Brenner an einer Spannzangeum das Rohr

9 Schrifttum[1] R Killing Handbuch der Schweiszligver-fahren Teil 1 LichtbogenschweiszligenFachbuchreihe Schweiszligtechnik Band76I DVS-Verlag GmbH Duumlsseldorf 1999[2] R Killing Kompendium der Schweiszlig-technik Band 1 Verfahren der Schweiszlig-technik Fachbuchreihe SchweiszligtechnikBand 128I DVS-Verlag GmbH Duumlssel-dorf 1997[3] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagGmbH Duumlsseldorf 1994

10 ImpressumDie WIG-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Die von EWM bieten ideale Loumlsungen fuumlr houmlchste Schweissanspruumlche

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Aus der Dokumentationsreihe Wissen - rund ums Schweissen sind ua auch Fibeln fuumlr das E-Hand- und MIGMAG-Schweiszligverfahren erhaumlltlich

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Prospekte der gesamten Produktpalette

Fachaufsaumltze ua zu den Themen MAG-Hochleistungs- Plasma-Aluminium- oderWIG-Impuls-Schweissen

Alle Informationen finden Sie auch im Internet unter wwwewmde

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EWM - Einfach mehr wennacutes ums Schweissen geht

• Die EWM WIG-Fibel
• Inhalt
• 1 Vorwort
• 2 Das Verfahren
• • 21 Allgemeines
  • 22 Stromart
  • 23 Elektroden
  • 24 Schutzgase
  • • 3 Fugenvorbereitung
    • • 31 Fugenformen
      • 32 Anbringen der Schweiszligfuge
      • 33 Badsicherung
      • 34 Formieren
      • • 4 Der Schweiszligbrenner
        • • 41 Kuumlhlung
          • 42 Aufbau des Brenners
          • 43 Ausbildung des Elektrodenendes
          • • 5 Schweiszliggeraumlte
            • • 51 Steuerung
              • 52 Stromquellen
              • • 6 Durchfuumlhren des Schweiszligens
                • • 61 Auswahl des Schweiszligzusatzes
                  • 62 Einstellen der Schutzgasmenge
                  • 63 Reinigung der Werkstuumlckoberflaumlche
                  • 64 Zuumlnden des Lichtbogens
                  • 65 Fuumlhren des Brenners
                  • 66 Magnetische Blaswirkung
                  • 67 Schweiszligpositionen
                  • 68 Schweiszligparameter
                  • 69 Schweiszligen mit Stromimpulsen
                  • 610 Moumlglichkeiten des Mechanisierens
                  • 611 Arbeitssicherheit
                  • • 7 Besonderheiten verschiedener Werkstoffe
                    • • 71 Un- und niedriglegierte Staumlhle
                      • 72 Austenitsche CrNi-Staumlhle
                      • 73 Aluminium und Aluminiumlegierungen
                      • 74 Kupfer und Kupferlegierungen
                      • 75 Sonstige Werkstoffe
                      • • 8 Anwendung des WIG-Schweiszligens
                        • • 81 Fertigungszweige
                          • 82 Anwendungsbeispiele
                          • • 9 Schrifttum
                            • 10 Impressum