Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen)

Das Wolfram-Inertgasschweißen kürzt man im Deutschen mit WIG. Im Englischen dagegen findet sich die Abkürzung TIG von dem englischen Wort Tungsten für Wolfram. In den USA wurde das Verfahren 1936 al Argonarc-Schweißen eingeführt. Nach dem 2. Weltkrieg verbreitete es sich auch in Deutschland.

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Vorteile des WIG-Verfahrens

Das TIG-Schweißen bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu anderen Verfahren des Schmelzschweißens. So ist es universell einsetzbar. Das heißt, sobald sich ein Stoff überhaupt verschweißen lässt, kann man ihn mit dem WIG-Verfahren verschweißen.

Auch ist das WIG als Verfahren sehr sauber. Das heißt, es fallen kaum Spritzer und nur sehr wenige Schadstoffe an. Darüber hinaus sind die damit gesetzte Schweißverbindungen qualitativ besonders hochwertig.

Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen eine Elektrode, die abschmilzt, verwendet wird, wird hier der Schweißzusatz extra zugeführt. Auch ist die Stromstärke entkoppelt. Das macht es möglich, beides zu optimieren und so auf genau die Materialien abzustimmen, die damit verschweißt werden. Damit ist es besonders gut für Wurzellagen und Zwangslagen geeignet. Gerade für den Bereich der Luft- und Raumfahrt, sowie auch bei der Kerntechnologie und chemischen Anlagen sowie Apparaten wird das WIG-Verfahren mit diesen Vorteilen besonders gern eingesetzt.

Die Geräte für das WIG-Schweißen

Als Schweißgeräte kommen dabei eine Stromquelle, welche Gleich- oder Wechselstrom liefert, ein Schweißbrenner und ein Schlauchpaket für die Verbindung zum Schweißbrenner zum Einsatz. Im Schlauchpaket befinden sich die Stromleitung, eine Zuführung für das Schutzgas, eine Steuerleitung und bei größeren Anlagen ein Zu- und Ablauf für das Kühlwasser. Das heißt, es kommt kein Schweißgerät ohne Gas zum Einsatz.

Für den Lichtbogen werden gibt es zwei Arten, diesen zu zünden. Das ist zum einen die Kontaktzündung und zum anderen die Hochfrequenzzündung.

Die Kontaktzündung

Die Kontaktzündung folgt einem Ablauf, der dem Schutzgasschweißen mit einer Elektrode gleicht. Hierbei verwendet man für das WIG-Verfahren eine Wolframelektrode, die auf das Werkstück getippt wird. Damit entsteht ein Kurzschluss. Sobald die Elektrode abgehoben wird, entsteht ein Lichtbogen zwischen ihr und dem Werkstück.

Hier gibt es einen Nachteil, der mit diesem Verfahren verbunden ist. Jedes Zünden führt dazu, dass ein wenig Material aus dem Werkstück direkt an der Wolframelektrode haftet und dort hängenbleibt. Daraus entsteht aufgrund der hohen Temperaturen, die an der Elektrodenspitze vorherrschen, eine Legierung aus dem Werkstoff und dem Wolfram. Damit schmilzt die Spitze der Elektrode, die am Anfang als scharfe Nadel ausgeführt ist, langsam ab. Feine Schweißnähte lassen sich daher mit dieser Zündung nur sehr schwer anlegen.

Die Hochfrequenzzündung beim WIG Schweißen

Für die Hochfrequenzzündung kommt ein Hochfrequenzzünder zum Einsatz. Dieser schafft eine Spannung, die extrem hoch ist, an der Wolframelektrode. Diese Spannung führt zur Ionisierung des Gases, welches sich zwischen dem Werkstück und der Elektrode befindet. Das wiederum zündet dann den eigentlichen Lichtbogen. Für den Hochfrequenzzünder verwendet man dabei nur ungefährliche Stromstärken.

Als Schutzgase kommen für das Hochfrequenzschweißen inerte Gase, darunter Argon, Helium, Stickstoff oder ein Gemisch aus diesen zum Einsatz. Auch kann Wasserstoff zugesetzt werden. Das sieht dann im Details so aus:

• Argon 4.6 – 99,996% Argon
• Argon 4.8 – 99,998% Argon
• Arcal10 – Wasserstoff 10%, Argon 40%, Stickstoff 50%
• Helargon – Helium 10%, Argon 40%, Stickstoff 50%

Das WIG-Verfahren und der Strom

Für das WIG-Verfahren kann sowohl Gleichstrom, als auch Wechselstrom verwendet werden. Mit Gleichstrom lassen sich vor allem legierte Stähle und Nichteisenmetalle bzw. deren Legierungen verschweißen. Dabei bildet die Wolframelektrode den Minuspol.

Das Wechselstromschweißen kommt für Leichtmetalle zum Einsatz. Alternativ können Leichtmetalle auch mittels Gleichstrom geschweißt werden. Dann bildet die Elektrode den Pluspol. Die Schweißbrenner verwenden in diesem Fall eine sehr dicke Wolframelektrode. Als Gas zum WIG Schweißen kommt Helium zum Einsatz. Die Elektrode muss der Pluspol beim Schweißen von Leichtmetallen sein, da sich auf diesen eine passiven Beschichtung gebildet hat. Diese verfügt über einen sehr hohen Schmelzpunkt auf ihrer Oberfläche. Das Werkstück ist nun der Minuspol. Das bedeutet, es emittiert nun Elektronen. Das führt dazu, dass die Passivschicht zerstört wird.

Das WIG-Impulsschweißen

Aus dem WIG-Schweißen entstand auch das WIG-Impulsschweißen. Hier wird pulsierender Strom eingesetzt, der es erlaubt, die Wärmeeinbringung in das Werkstück sehr fein zu dosieren. Das macht eine Spaltüberbrückung sehr einfach. Auch wird damit eine gute Wurzelschweißung möglich und das Schweißen in Zwangslagen erleichtert. Gerade Schweißnahtfehler, die am Anfang oder Ende einer Naht gern auftreten, werden damit ebenfalls vermieden.

Bei diesem Verfahren wird der Schweißstrom gepulst. Das heißt, er wechselt ständig zwischen einem Grundstrom und einem Impulsstrom. Dabei werden die Frequenzen, die Grundhöhen und die Impulshöhen, sowie deren Breiten variiert. All diese einzelnen Faktoren lassen sich getrennt voneinander einstellen. Dafür wird eine besondere Anlage benötigt, die einen solchen variablen Stromverlauf erlaubt.

Das WIG-Impulsschweißen lässt sich komplett manuell oder teilmechanisiert ausführen. Dabei kommt ein Zusatzstoff mit einer geringen Dicke zum Einsatz. Die Steuerung des Schweißstromes erlaubt es, auch bei dünnen Blechen aus Leichtmetallen nur die Oberfläche abzuschmelzen. Das heißt, dass hier ein Durschweißen bzw. Durchschmelzen verhindert werden kann.

Gerade, wenn Kehlnähte gesetzt werden, werden so die Ecken besser erfasst, als es bei einem Standardverfahren möglich wäre. Damit lassen sich auch Bleche mit einer Dicke von nur 0,6 mm ohne Probleme stumpfschweißen. Der Lichtbogen ist so stabil, dass das Schmelzbad klein gehalten und genau definiert werden kann.