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MIG- und MAG-Schweißen: mit Hochleistungsschweißen zu mehr Produktivität

Das MSG-Hochleistungsschweißen gehört zu den neueren Verfahren des MIG- und MAG-Schweißens. Es ist das Ergebnis innovativer Weiterentwicklungen von Stromquellen und Schutzgasgemischen. Dazu werden innovative Stromquellen, mehrere Massivdrähte sowie optimierte heliumhaltige Schutzgasmischungen eingesetzt. Daraus resultiert unter anderem mit rund 20 kg/h eine doppelt so hohe Abschmelzleistung als mit herkömmlichen Verfahren.

Ein Blick zurück zeigt uns, dass noch bis in die 1980er-Jahre sowohl mit Standardschutzgasen als auch mit nur einer Drahtelektrode geschweißt wurde. Erst mit dem sogenannten TIME-Prozess (Transferred Ionized Molten Energy) des kanadischen Erfinders John Church gelang es erstmals, mit einem sogenannten Hochleistungsschweißprozess die verschiedensten Metalle noch schneller zu verbinden.

Wobei dieser damals neue TIME-Prozess die Übertragung von hoher Energie auf den geschmolzenen Zusatzwerkstoff in einem ionisierten Plasma beschreibt. „Zu diesem Zweck mischte Church ein sogenanntes Vier-Komponenten-Schutzgas, das aus Argon, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Helium bestand“, erklärt Dr. Dirk Kampffmeyer, Experte für Anwendungstechnik Schweißen & Schneiden bei Messer. „Mit diesem Verfahren ließen sich insbesondere bei längerem Stick-out erstmals sehr hohe Drahtvorschubgeschwindigkeiten (bis zu 30 m pro Minute) erzielen.“

Unter Stick-out versteht man den Abstand zwischen dem Ende des Kontaktrohrs und der Werkstückoberfläche. Dieser Abstand ist im Vergleich zu den gängigen MSG-Verfahren höher. Nicht zuletzt verweist das Wort TIME auf schnellere Schweißzeiten und somit auf eine höhere Effektivität bzw. Produktivität! Aufgrund der aufwendigen und kostenintensiven Herstellung wird das ehemalige Vier-Komponenten-Schutzgas heute eher selten eingesetzt. Denn mit weniger Schutzgasen, aber einer optimierten Geräteausrüstung lassen sich nahezu ähnliche Leistungswerte erzeugen. Auf diese Weise hat sich das günstigere Drei-Komponenten-Schutzgas weitestgehend in der Praxis durchgesetzt.

Funktionsweise des Verfahrens

Das Hochleistungsschweißen hat mehrere Massivdrähte mit 1,0 mm oder 1,2 mm Durchmesser im Einsatz. Um diesem Verfahren gerecht zu werden, sollten pro Minute mehr als 15 m Drahtvorschub gefördert werden. Werden Massivdrähte mit größeren Drahtdurchmessern (zum Beispiel 1,6 mm oder 2,0 mm) verwendet, so gehören solche Prozesse ebenfalls zum Verfahren des Hochleistungsschweißens. Vorausgesetzt, das abgeschmolzene Schweißgut (Abschmelzleistung) entspricht mehr als 8 kg pro Stunde.

Das bedeutet, um bei einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 15 m pro Minute 8 kg pro Stunde abzuschmelzen, muss der Drahtdurchmesser mindestens 1,2 mm betragen. Wobei beim Hochleistungsschweißen nicht so sehr die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs im Vordergrund steht, sondern die geeignete Gasmischung als auch ein speziell wassergekühlter Brenner mit einem längeren Stick-out. Damit ist es möglich, bei identischer Ampere-Anzahl mehr Drahtvorschub zu erzielen, was andererseits wieder die Abschmelzleistung erhöht. Das Kühlsystem zur direkten Kühlung der Gasdüse gewährleistet zusätzlich eine höhere Einschaltdauer bei voller Performanz.

Doppeldraht- und Tandemverfahren

Beim Hochleistungsschweißen lassen sich auch mehrere Massivdrähte verarbeiten. Mit dem Doppeldraht-Schweißen, das in den 1990er-Jahren entstand, werden zwei Schweißsysteme an einen Brenner mit zwei Bohrungen im Kontaktrohr angeschlossen. Aus der gleichzeitigen Verschmelzung zweier Drahtelektroden resultiert eine verbesserte Effektivität. Dies rührt auch daher, dass zwei Schmelzbäder sich schneller abkühlen als ein großes Schmelzbad.

Dieses Verfahren birgt auch ein paar Nachteile: So lassen sich die beiden Lichtbögen nicht getrennt steuern. Kurzschlüsse an einem Draht haben Auswirkungen auf den anderen Draht und der Prozess verliert insgesamt an Stabilität. Erst mit dem Tandemverfahren war es dann durch zwei elektrisch voneinander unabhängige Kontaktrohre im Brenner möglich, beide Lichtbögen getrennt zu regeln. Somit kann der Schweißer die beiden Lichtbögen mit unterschiedlichen Leistungswerten betreiben.

Einsatzbereiche des Hochleistungsschweißens

Das Schweißverfahren kommt im Wesentlichen in den Bereichen des Stahl-, Schiffs-, Maschinen- oder Behälterbaus zum Einsatz. Das heißt überall dort, wo es auf hohe Geschwindigkeiten und Abschmelzleistungen ankommt. Das Tandemverfahren qualifiziert sich auch ideal für lange Schweißnähte, Mehrlagen, großvolumige Bauteile und das Auftragsschweißen großer Flächen. Es lässt sich mechanisiert oder automatisiert anwenden und empfiehlt sich vor allem für Stahl-, Chrom-Nickel- und Aluminium Anwendungen. Wobei meist jedoch Stahl bearbeitet wird.

Der neuralgische Punkt beim Hochleistungsschweißen liegt in der Beherrschung beider Lichtbögen. Dies gelingt, indem der Brenner stets gut gekühlt wird und die richtigen Parameter gewählt werden. Auf diese Weise kann der Anwender Nähte in hoher Qualität bei hoher Leistung realisieren.

 

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