Optimierte Schutzgase erhöhen die Schweißgeschwindigkeit

29.09.2006Redakteur: MM

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Beim WIG- und MIG-Schweißen von Aluminium werden die Schutzgase Argon und Helium verwendet. Durch minimale Beimischungen von Stickstoffmonoxid und Stickstoff wurden zwei neue Schutzgase entwickelt. Ihre Anwendung führt zu einem stabileren Lichtbogen mit tieferen Einbrand. Zudem lässt sich die Schweißgeschwindigkeit verdoppeln.Minimale Beimischungen machen das Aluminiumschweißen schneller. Zu dieser Erkenntnis gelangte der Gaseproduzent Westfalen AG, Münster, nach umfangreichen Untersuchungen mit Zugaben zu Schweißschutzgasen im vpm-Bereich (Volumenanteil pro Millionen, also 0,0001%). Mittlerweile hat das Unternehmen zwei Schutzgase entwickelt, die einige Vorteile in der Praxis liefern: Argon He 11 und Argon He 51. Für das Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen kommen überwiegend das WIG- und das MIG-Verfahren zum Einsatz. Dabei wurden bisher die Schutzgase Argon, Helium und deren Gemische verwendet. Aufgrund der chemischen Eigenschaften der beiden Edelgase ergeben sich eine Reihe von Vor- und Nachteilen für den Schweißprozess. Argon benötigt im Vergleich zu Helium eine geringere Ionisierungsenergie und bewirkt daher einen stabileren Lichtbogen mit guten Zündeigenschaften. Die geringere Ionisierungsenergie zusammen mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit bringt andererseits eine schlechtere Energieübertragung mit sich. Um genügend Einbrand zu erzielen, muss entweder vorgewärmt oder die Schweißgeschwindigkeit reduziert werden. Das führt zu einer Erhöhung der Streckenenergie und den damit verbundenen Nachteilen wie etwa höherem Verzug. Aufgrund seiner besseren Wärmeleitfähigkeit und der höheren Ionisierungsenergie, die als Rekombinationsenergie am Werkstück zur Verfügung steht, überträgt Helium die Wärme besser. Helium besitzt jedoch schlechtere Zündeigenschaften und verschlechtert den Werkstoffübergang. Ziel bei der Entwicklung der neuen Schutzgase war es, die Vorteile der beiden Gase zu verbinden und deren Nachteile möglichst zu minimieren. Dies gelang mit Argon He 11 und Argon He 51. Untersuchungen mit unterschiedlichen Zumischkomponenten ergaben schließlich eine optimale Zusammensetzung von Stickstoffmonoxid und Stickstoff im vpm-Bereich (zusammen 0,037 Volumenprozent). Der Heliumanteil variiert nach Blechdicke zwischen 10% bei Argon He 11 und 50% bei Argon He 51. Beim Aluminiumschweißen wird überwiegend im WIG-Wechselstrom-Verfahren gearbeitet. Der ständige Polaritätswechsel führt jedoch zu einer Destabilisierung des Lichtbogens. Bisher wurden daher nur reines Argon und je nach Anwendung Argon-HeliumGemische eingesetzt. Mit den beiden neuen Schutzgasgemischen gelingt es, die Energie konzentrierter einzubringen und gleichzeitig den Lichtbogen zu stabilisieren. Dadurch erhält man einen schmaleren und tieferen Einbrand. Auch beim MIG-Schweißen, wo zunehmend die Impulstechnik eingesetzt wird, führen Argon He 11 und Argon He 51 zu Verbesserungen. Hier können durch die geringen Zumischungen von Stickstoffmonoxid und Stickstoff ebenfalls die Vorteile von Argon und Helium optimal genutzt werden. Der stabilisierte Lichtbogen führt auch hier zu tieferem Einbrand und verringerter Porosität.Sowohl beim MIG- als auch bei WIG-Schweißen haben sich die Vorteile von Argon He 11 und Argon He 51 bereits in der Praxis bewährt. So wurde bei der Schmitz Cargobull AG, Vreden, beim Herstellen von Kühlwagen eine Dichtnaht zwischen Seitenteil und Bodenteil vollmechanisiert MIG-geschweißt. Mit Argon He 11 konnte die Schweißgeschwindigkeit im Vergleich zu reinem Argon von 1,2 auf 2,4 m/min verdoppelt werden. Gleichzeitig wurde eine günstigere Nahtausbildung erzielt. Die neu entwickelten Schutzgase eignen sich unter anderem für den Personen- und Nutzfahrzeugbau, den Kessel- und Behälterbau, den Rohrleitungsbau, den Schiffsbau sowie den Apparatebau. Ihre Anwendung ist nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich von Vorteil. Durch die höhere Schweißgeschwindigkeit werden die Arbeitsplatzkosten gesenkt. Das kompensiert bei weitem den höheren Gaspreis. Gegenüber konventionellen Schweißschutzgasen sind so Einsparungen bis zu 30% möglich.