Wolframelektrode für das WIG-Schweißen: Auswahl der richtigen Elektrode für das WIG-Schweißen

Wolfram hat mit 3422 °C (6192 °F) den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle, die dreifache Dichte von Stahl und ist das bevorzugte Metall derjenigen, die große Löcher in Objekte stanzen wollen. Wolfram kann jedoch sowohl erzeugen als auch zerstören, und diese Eigenschaften machen es ideal für den Einsatz als Schweißelektrode. Wolframstabelektroden sind wichtig beim Schweißen einiger der nützlichsten, aber auch am schwierigsten zu bearbeitenden Metalle und Legierungen, die der Menschheit bekannt sind.

Allerdings sind nicht alle Wolframstabelektroden gleich. Der Typ der Wolframstabelektrode für ein Schweißprojekt hat einen großen Einfluss auf die endgültige Qualität der erzeugten Schweißnähte. Da Wolfram recht teuer ist, entscheiden sich Hersteller oft dafür, das gebräuchlichste und günstigste verfügbare Wolfram zu verwenden. Allerdings hat die Wolframqualität einen Einfluss auf den Schweißprozess. Beim WIG-Schweißen ist die kostengünstigste Wahl nicht die billigste Wolframelektrode, sondern die richtige Wolframelektrode mit der passenden Oberflächenbeschaffenheit für die Schweißanwendung. Die Wahl des richtigen GTAW-Wolframelektrodentyps für die jeweilige Verbindungsart und das zu schweißende Material ist entscheidend für die Herstellung der präzise optimierten Schweißnähte, die die heutige Industrie verlangt.

Standard-GTAW-Wolframelektrodentypen

Die Optimierung von Schweißnähten im Hinblick auf Konsistenz, Festigkeit und Zuverlässigkeit ist für die Erfüllung der Anforderungen der heutigen Industrie unerlässlich und wird in Zukunft noch wichtiger werden. Die Fähigkeit der Schweißer als Einzelpersonen und des Schweißens als Disziplin, diese Herausforderungen zu meistern, wird maßgeblich von der Qualität der in diesen Projekten verwendeten Stabelektroden beeinflusst. Die Zusammensetzung und Bearbeitung von Stabelektroden sind entscheidende Faktoren für einen gleichmäßigen Schweißlichtbogen, die Kristallbildung des aufgebrachten Metalls und die Struktur der Schweißnaht. Es gibt verschiedene Arten von Standard-GTAW-Stabelektroden, deren Zusammensetzung man auf einen Blick an der Farbe der nicht schweißenden Spitze der Elektrode erkennen kann. Weniger gebräuchliche Stabelektroden, die für spezielle Schweißarbeiten bestimmt sind, lassen sich durch das Fehlen einer Farbe unterscheiden. Ihre genaue Zusammensetzung und der vorgesehene Verwendungszweck sollten auf der Verpackung und den Rückverfolgbarkeitsdokumenten angegeben sein.

Selbstverständlich sollte ein Typ, dessen Art nicht bestimmt werden kann, nicht zum Schweißen verwendet werden. Da einige Legierungszusätze für Wolfram – wie beispielsweise Thorium – beim Verschlucken ein Strahlenrisiko darstellen, sollte ein Schweißer eine Stabelektrode nicht schleifen oder bearbeiten, es sei denn, er ist sich ihrer Zusammensetzung absolut sicher.

Die Farbcodes der gebräuchlichsten GTAW-Wolframelektrodentypen, ihre Zusammensetzung und einige bemerkenswerte Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Die Zusätze in einer Wolframelektrode verändern deren Eigenschaften auf subtile und zugleich große Weise. Durch die Zugabe von Oxiden des Thoriums, Ceriums, Lanthans und Zirkoniums zum Wolfram wird die Austrittsarbeit der Elektronen bzw. die minimale Energiemenge, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem Atom zu entfernen, verringert. Das bedeutet, dass weniger Energie benötigt wird, um einen Lichtbogen zu erzeugen und ihn aufrechtzuerhalten. Dies führt zu einer verbesserten Lichtbogenstabilität, einer besseren Schweißnahtbildung und einer geringeren Wärmeeinbringung in das Werkstück.

Diese legierten GTAW Wolframelektroden erzeugen qualitativ hochwertigere Schweißnähte in dünnwandigen Rohren und empfindlichen Teilen, die mit reinen Wolframelektroden durchbrennen würden. Das bedeutet auch, dass sie sich besser zum Schweißen von hitzeempfindlichen Metallen eignen. Beim Schweißen von Monel®, Inconel® und anderen ähnlich anspruchsvollen Metallen ist die Wahl der Wolframelektrode besonders wichtig, da hochwertige Elektroden eine höhere Steuerung ermöglichen. Das WIG-Schweißen gilt bereits weithin als die beste Methode zum Schweißen von Monel^®, und die Wahl der richtigen Elektrode ist ein wichtiger Schritt, um eine qualitativ hochwertige Monel^® Schweißung zu gewährleisten. Die Zusammensetzung der für eine Schweißung verwendeten Wolframelektrode ist jedoch nicht der einzige Faktor, der von Bedeutung ist. Die Geometrie der Elektrodeneinheit, ob diese spitz oder kugelförmig ist, der Winkel der Düse, die Oberflächenbeschaffenheit und das zum Schleifen verwendete Verfahren können allesamt das resultierende Schweißergebnis beeinflussen.

Schleifen von Wolframelektrodenspitzen für Schweißnähte höchster Qualität

Elektrodeneinheit aller Art werden üblicherweise mit stumpfen Düsen geliefert, und es obliegt dem Schweißer, diese mit einer Tischschleifmaschine in die benötigte Form zu schleifen. Dies ergibt eine ausreichend gute Schweißnaht für allgemeine manuelle Anwendungen. Allerdings kann jeder Schweißer das Wolfram auf unterschiedliche Weise vorbereiten und dabei verschiedene Schleifmethoden anwenden. Die durch diese Methoden entstehenden Abweichungen und der grobe Mahlgrad können die Elektrodeneinheit auf folgende Weise beeinflussen:

• Verdampfung: Eine grobe Schweißnaht ermöglicht es, dass sich während des Schweißens mehr von dem Material, mit dem das Wolfram legiert ist, von der Elektrodeneinheit löst. Dadurch verkürzt sich die Gesamtlebensdauer der Elektrodeneinheit und es entstehen unvorhergesehene Variablen im WIG-Schweißprozess, da sich die Eigenschaften der Elektrodeneinheit während des Gebrauchs verändern.
• Lichtbogenstabilität: Eine manuell geschliffene Wolframelektrode kann auf mikroskopischer Ebene oder sogar mit bloßem Auge sehr uneben sein. Dies wird sich auf den Lichtbogenstart, die Lichtbogenform und die Lichtbogenstabilität beim Schweißen auswirken. Und da die Schweißnahtbildung das Ergebnis von Vorgängen auf molekularer Ebene ist, können selbst geringfügige Unvollkommenheiten beim Schleifen einen großen Einfluss auf die fertige Schweißnaht haben.
• Wolframeinschlüsse: Beim Schleifen einer Wolframelektrode entstehen unweigerlich mikroskopische Grate. Beim Schweißen können sich diese mikroskopisch kleinen Grate lösen und in die Schweißnaht gelangen. Hierbei handelt es sich um eine Form der Verunreinigung, und selbst geringe Mengen Wolfram in einer Schweißnaht sind in einigen der heutigen anspruchsvollen Anwendungen inakzeptabel und können zu kostspieligen und unnötigen Fehlern bei der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) führen.

Unerwartete Abweichungen bei Schweißnähten werden immer weniger akzeptiert, da die technischen Standards und die Anforderungen an Präzision und Konsistenz steigen. Die Verwendung maschinell geschliffener Wolframelektroden gewährleistet, dass die Wolframelektrode mit engen Toleranzen geschliffen wird und die Oberfläche deutlich gleichmäßiger ist, wodurch der Elektrodenschliff als Fehlerquelle bei der Schweißproduktion eliminiert wird. Dies hilft Schweißern und Schweißprozessen, immer höhere Standards zu erfüllen. Die Beseitigung von Abweichungen ist besonders wichtig beim Schweißen mit automatisierten und Orbitalschweißmaschinen, da diese nicht wie ein erfahrener Schweißer während des Schweißvorgangs reflexartig auf Abweichungen reagieren können. Durch den Einsatz maschinell geschliffener Wolframelektroden in Kombination mit automatisierten und orbitalen Schweißmaschinen lassen sich Ausfallzeiten ebenfalls deutlich reduzieren. Dies ist auf die Kombination aus präzisionsgefertigtem Wolfram und der außergewöhnlichen Lichtbogenkontrolle durch die automatisierte GTAW-Anwendung zurückzuführen.

Während gleichzeitig die Nachfrage nach präzisen, hochwertigen Schweißarbeiten steigt, sind immer weniger Schweißer verfügbar, die über die erforderlichen Fähigkeiten und Erfahrungen verfügen, um diese Schweißnähte durchzuführen. Die Lösung für viele Hersteller bestand darin, den Schweißprozess stärker zu automatisieren. Dies gilt insbesondere für anspruchsvolle Rohr- und Rohrschweißarbeiten, bei denen die Elektrodeneinheit entlang des gesamten Umfangs eines kreisförmigen Werkstücks bewegt werden muss. Allerdings erfordert das automatisierte Orbitalschweißen eine gleichbleibende Qualität, die nur durch präzisionsgeschliffene Stabelektroden gewährleistet werden kann. Der Entwickler eines jeden WIG-Schweißprogramms sollte der Wahl des Wolframelektrodentyps für das GTAW-Schweißen ebenso viel Aufmerksamkeit schenken wie der Qualifikation des Schweißers und der Wahl der Schweißmaschine. Stabelektroden stehen im Mittelpunkt der heutigen fortschrittlichen Technologie und werden bei der Herstellung der Technologie von morgen noch wichtiger sein.

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