Was ist eigentlich … Alu-Schweißen mit Wechselstrom (AC)?

Welders carrying out TIG aluminum welding

Dass AC/DC nicht nur der Name einer Hard-Rock-Band ist sondern auch für Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) steht, ist bekannt. Doch was genau hat es mit Wechselstrom-Schweißen auf sich? Was hat es mit Aluminium zu tun? Was sind in diesem Zusammenhang Halbwellen? Und was ist eigentlich eine „Kalotte“?

 

Wechselstromschweißen

Immer wenn Aluminium mit dem Wolfram-Inertgas-Prozess geschweißt wird, kommt Wechselstrom zum Einsatz. Warum ist das so?

WIG-Schweißnaht
Es bedarf einiger Übung eine so ebenmäßige WIG-Naht zu Schweißen.

Das Schweißen von Aluminium ist besonders schwierig. Grund dafür ist, dass das Material von einer Oxidschicht umgeben ist. Diese schmilzt erst bei etwa 2.015 Grad Celsius, Aluminium selbst je nach Legierung schon bei circa 650 Grad. Daher würde Aluminium wegrinnen, wenn die Oxidhaut herkömmlich aufgeschmolzen würde – das Verschweißen wäre unmöglich. Eine Zerstörung bzw. Verdrängung der Oxidhaut ist notwendig.

Beim Schweißen mit Wechselstrom (AC) wird die Elektrode immer wieder von Plus auf Minus umgepolt. Wenn die Elektrode auf Plus gepolt ist, wandern die negativ gepolten Elektronen vom Werkstück in die Elektrode und reißen dabei die Oxidschicht auf. Dann wird die Elektrode auf Minus gepolt, und die ins Werkstück wandernden Elektronen erzeugen Wärme – so entsteht der für die Schweißnaht nötige Einbrand.

Die MagicWave von Fronius ist Wechselstrom-tauglich und dadurch bestens für Aluminium-Anwendungen geeignet.

 

Kurvenformen

Für die Erzeugung von Wechselstrom verfügen AC-taugliche Schweißstromquellen über einen Wechselrichter. Viele Schweißgeräte bieten verschiedene Einstellungs-Möglichkeiten wie genau sich der zwischen Plus- und Minus wechselnde Strom verhalten soll. Der Anwender wählt zwischen verschiedenen Halbwellen-Kurvenformen.

Kurvenform Sinus, Rechteck hart, Rechteck weich und Dreieck
Bei der Sinuskurve ist das Schweißgeräusch leise, beim harten Rechteck ist der Lichtbogen sehr stabil. Rechteck weich vereint diese Vorteile. Die Dreiecks-Form bietet hohen Lichtbogendruck.

Der Strom kann zum Beispiel in konstanter Stärke zuerst im positiven und dann im negativen Bereich fließen – das ergibt ein hartes Rechteck. Bei dieser Einstellung ist der Lichtbogen äußerst stabil. Das sehr laute Betriebsgeräusch ist jedoch für den Schweißer unangenehm – er muss eventuell sogar mit Gehörschutz arbeiten. Möglich sind auch sanfte, sinusförmige Wellen. Der Lichtbogen ist dann instabil, das Schweißgeräusch aber angenehm leise. Bei den meisten Aluminium-Anwendungen ist eine Kombination aus beidem die beste Wahl – ein Rechteck mit abgerundeten Ecken für die negative Halbwelle und eine Sinuskurve für die positive Halbwelle.

Das Schweißgerät MagicWave 230i von Fronius bietet darüber hinaus auch die Dreiecks-Form für einen stabilen Lichtbogen mit hohem Druck und verschiedenste Kombinationen aus allen Kurvenformen. Der Schweißer kann damit die genau richtige Einstellung für seine Anwendung wählen.

 

Kalotte

Kalotte – abgerundetes Ende der Elektrode
Die Kalotte ist das abgerundete Ende der Elektrode und sorgt beim Wechselstromschweißen für einen stabilen Lichtbogen.

Das Ende der Wolfram-Elektrode ist beim Kauf stumpf. Die Elektrode wird vor dem Einsatz bei Gleichstrom angespitzt. Für einen stabilen Lichtbogen beim Wechselstrom-Schweißen muss das Ende der Wolfram-Elektrode jedoch halbrund sein, damit der Lichtbogen gut kontrollierbar ist. Das abgerundete Ende wird als „Kalotte“ bezeichnet.

Früher mussten Schweißer minutenlang auf einem Kupfer-Stück schweißen, um diese Kalotte zu bilden. Die hohen Temperaturen ließen die Wolfam-Elektrode anschmelzen. Dadurch bildete sich am Ende der Elektrode ein Tropfen – beziehungsweise die halbrunde Kalotte. Moderne Schweißgeräte haben die Funktion der automatischen Kalottenbildung­­: Je nach Durchmesser der Wolfram-Elektrode wird eine bestimmte Stromstärke für eine gewisse Zeit durch die Elektrode geschickt, sodass sich an ihrem Ende die abgerundete Kalotte bildet.

Fronius hat die automatische Kalottenbildung weiterentwickelt: Die MagicWave 230i verwendet pulsierenden Strom: Er bringt das flüssige Metall in Bewegung, dadurch formt sich die Kalotte noch leichter und schonender für die Elektrode.

Mehr Informationen über das Wolfram-Inertgas-Schweißen findet ihr im ersten Teil dieser Blog-Serie: Was ist eigentlich … WIG Schweißen?

 

 

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