GTAW-Polarität: Eine Einleitung
November 7, 2025
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GTAW-Polarität: Eine Einleitung

Elektrische Ströme sind ein grundlegender Bestandteil des Lichtbogenschweißens, und die Polarität ist ein unvermeidlicher Bestandteil der Elektrizität. Polarität ist einfach die Eigenschaft, zwei diametral entgegengesetzte Pole zu haben, und in der Elektrotechnik bezeichnet Polarität die Richtung des Stromflusses im Stromkreis zwischen diesen entgegengesetzten Polen. Bei Gleichstrom (DC) fließt der Strom von einem Pol zum anderen. Bei Wechselstrom (AC) ist die Flussrichtung nicht festgelegt, und der Strom fließt abwechselnd in Richtung jedes Pols im gleichen Maße. Es dürfte nicht überraschen, dass angesichts der zentralen Rolle der Elektrizität beim Lichtbogenschweißen das Verständnis der Polarität sowie der Gleich- und Wechselstromflüsse für die Herstellung akzeptabler Schweißnähte unerlässlich ist; die GTAW-Polarität ist insbesondere beim Orbitalschweißen von Bedeutung.

Gleichstrom Elektrodeneinheit Positiv und Elektrodeneinheit Negativ

Beim Gleichstromschweißen kann der elektrische Strom zu jedem der beiden Pole des Stromkreises fließen. Die am häufigsten verwendete Konfiguration über verschiedene Schweißarten hinweg ist DCEN (direct current electrode negative), wobei das Metallwerkstück als positiver Pol dient. Dies wird auch häufig als gerade Polarität bezeichnet, und dieser Stromfluss ist auch jenseits des Schweißens Standard. Im Wesentlichen ist der negative Elektrodenpol die Erde, und das Erzeugen eines Lichtbogens schließt den Stromkreis. Dies ist der gleiche Stromfluss, der in Fahrzeugen Standard ist, wobei selbst hochentwickelte Elektrofahrzeuge Gleichstrom mit negativer Masse verwenden. Es gibt jedoch auch umgekehrte Polarität oder Gleichstromelektrode positiv (DCEP), bei der das zu verschweißende Grundwerkstoff als negativ oder Erdung dient. Wie diese beiden unterschiedlichen Stromflüsse den Stromkreis verändern, wird in der folgenden Tabelle detailliert beschrieben.

Gleichstrom Elektrodeneinheit negativ vs. Gleichstrom Elektrodeneinheit positiv

Gleichstrom Elektrodeneinheit negativ (DCEN)
Direkte Polarität		 DC Elektrodeneinheit positiv (DCEP)
Umgekehrte Polarität
Der größte Teil der Wärme (~2/3) entsteht an der Werkstückverbindung. Der größte Teil der Wärme (~2/3) wird an der Düse erzeugt.
Elektronen werden von der Düse freigesetzt und fließen über den Lichtbogen zum Werkstück. Die Stabelektroden lösen sich vom Werkstück und fließen zur Düse.
Die Abschmelzleistung mit verbrauchbaren Elektroden wird durch die geringere Wärme reduziert. Bei verbrauchbaren Elektroden kommt es aufgrund der Wärmeentwicklung zu hoher Abschmelzleistung.
Das Fusionspotenzial ist hoch, da sich der größte Teil der Wärme an der Verbindungsstelle befindet. Aufgrund der verminderten Wärme kann die Verbindung der Schweißverbindung unvollständig sein.
Da der Lichtbogen von der Düse zum Werkstück fließt, werden Oxide nicht vom Werkstück entfernt. Das Werkstück muss gereinigt werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Der Elektronenfluss vom Werkstück hilft, Oberflächenoxide aufzubrechen und andere Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen – wodurch das Risiko von Einschlüssen in der Schweißnaht verringert wird.

Beim Schweißen mit Wechselstrom, wo der Strom zwischen den beiden Richtungen wechselt, gelten die Elemente sowohl von DCEN als auch von DCEP. Das hat einige Vorteile. Das Schweißen mit Wechselstrom hilft, Oxide aufzubrechen und Werkstückoberflächen zu reinigen, indem die Wärme gleichmäßiger zwischen den Seiten des Lichtbogens, also zwischen Elektrode und Werkstück, verteilt wird. Zusammen ermöglichen diese Elemente eine bessere Kontrolle über Wärme und Abschmelzleistung beim Schweißen. Allerdings ist das Schweißen mit Wechselstrom nicht für jede Art von Schweißanwendung gleichermaßen geeignet.

Beim drahtgeführten Metallschutzgasschweißen (GMAW) und beim Fülldraht-Lichtbogenschweißen (FCAW) ist man teilweise darauf angewiesen, dass die Wärme auf den abschmelzenden Elektrodendraht fokussiert wird, um diesen schnell zu schmelzen und einen hohen Metallauftrag zu ermöglichen. Beim Schweißen von Metallen mit sehr hoher Hitzebeständigkeit, wie Edelstahl und Nickellegierungen, erschwert und verlangsamt eine gleichmäßige Aufteilung der Wärme zwischen Werkstück und Elektrodenspitze das Verschmelzen des abgeschmolzenen Materials mit dem Werkstück, da die Wärme auf der Werkstückseite abnimmt. Diese Art von reduzierter Effektivität ist der Grund, warum GTAW-Maschinen meist mit Gleichstrom betrieben werden und die Polarität beim GTAW meist Elektrodeneinheit negativ ist.

Warum GTAW-Polarität meistens DCEN (Elektrodeneinheit negativ) ist

Beim Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) handelt es sich meist um Gleichstrom mit negativer Elektrodeneinheit. Dafür gibt es einige Gründe. Erstens ist das WIG-Schweißen ein von Natur aus geringes Abschmelzverfahren. Tatsächlich liegt sein größter Vorteil darin, dass es sehr saubere, sehr kleine und sehr präzise Schweißnähte erzeugt, insbesondere aufgrund der langsamen und hochgradig kontrollierten Abschmelzleistung. Die auf das Werkstück fokussierte Wärme beim DCEN-Schweißen fördert den Einbrand und die Verbindung. Im Gegensatz dazu wird DCEP beim GTAW-Schweißen nur selten oder gar nie eingesetzt, da die auf die nicht abschmelzende Elektrode konzentrierte Hitze die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung erheblich erhöht und zumindest die Lebensdauer einer recht teuren Wolframelektrode drastisch verkürzt.

Der Nachteil der DCEN-GTAW-Polarität besteht darin, dass sie einige der oxidationsbrechenden Eigenschaften von DCEP nicht aufweist. Bei Metallen wie Aluminium, bei denen sich Oxide sofort auf einer exponierten Oberfläche bilden, ist es aufgrund der relativen Schwierigkeit, diese Oxide zu entfernen, schwieriger, saubere Schweißnähte herzustellen. Es ist nicht unmöglich, Aluminium mit DCEN-GTAW-Polarität zu schweißen, und es ist sogar recht verbreitet – es erfordert nur ein höheres Maß an Geschicklichkeit. Beim WIG-Schweißen mit Wechselstrom wird im Allgemeinen bevorzugt, da die Wechselstrompolarität dazu beiträgt, Oberflächenoxide aufzubrechen, ohne die Elektrode zu stark zu erhitzen. Die Kombination dieser Faktoren verbessert die Schweißproduktivität bei Aluminium im Vergleich zum DCEN-GTAW. Bei hitzebeständigeren Metallen, wie beispielsweise beim WIG-Schweißen von nichtrostenden Stahlrohren, kann die Produktivität des WIG-Schweißens mit Wechselstrom jedoch negativ beeinflusst werden, da nur die Hälfte des Stromzyklus Wärme auf das Werkstück abgibt und sich negativ auf den Einbrand und die Verbindung auswirken kann, wodurch die Fertigstellung der Schweißnaht wesentlich länger dauert.

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