Unterschied zwischen GMAW- und GTAW-Schweißverfahren

Schweißen ist eine der beliebtesten Fügetechniken, bei der zwei oder mehr Materialien mit oder ohne Anwendung von Wärme, Druck und Füllmaterial dauerhaft miteinander verbunden werden können. Schmelzschweißen ist die Gruppe von Schweißprozessen, bei denen Stoßflächen von Mutterkomponenten durch Erhitzen verschmolzen werden, um eine Koaleszenz zu bilden. Das Lichtbogenschweißen ist das beliebteste Schmelzschweißverfahren, bei dem Wärme mittels eines Lichtbogens aufgebracht wird, der zwischen zwei Elektroden bei Vorhandensein einer ausreichenden Potentialdifferenz gebildet wird. Es gibt verschiedene Lichtbogenschweißverfahren, um verschiedene Materialien auf vielfältige Weise zu verbinden. Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) und Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) sind zwei solche Lichtbogenschweißverfahren, die bestimmte einzigartige Vorteile bieten.

Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) ist ein wirtschaftliches Fügeverfahren, bei dem Koaleszenz durch Schmelzen von Passflächen und Füllmetall mittels eines Lichtbogens gebildet wird, der zwischen einer abschmelzenden Elektrode und einem leitfähigen Grundmetall gebildet wird. Da es sich bei der Elektrode um einen Verbrauchsartikel handelt, wird sie kontinuierlich mit einer konstanten Rate mittels einer mechanisierten Drahtzuführung zugeführt. Daher kann es nicht im autogenen Modus durchgeführt werden, da die Verbrauchselektrode ein integraler Bestandteil des Prozesses ist. Geeignetes Schutzgas (inert oder aktiv) kann verwendet werden, um das Schweißbett vor Verunreinigungen zu schützen. Schweißzusatzwerkstoff kann jedoch schneller auf die Schweißnaht aufgebracht werden, und daher ist dieses Verfahren produktiv und wirtschaftlich. Bei richtiger Ausführung mit optimalem Parametersatz kann eine solide und zuverlässige Verbindung hergestellt werden.

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) , im Volksmund als Wolfram-Inertgas-(TIG)-Schweißen bekannt, ist ein ausgeklügeltes Schmelzschweißverfahren, bei dem das Verbinden durch Koaleszenzbildung aufgrund des Verschmelzens von aneinanderstoßenden Oberflächen realisiert wird. Hier entsteht ein Lichtbogen zwischen leitfähigem Grundmaterial und nicht abschmelzender Wolframelektrode. Da die Elektrode nicht verbrauchbar ist, muss Füllmaterial separat aufgetragen werden, wenn ein ausreichender Wurzelspalt vorhanden ist. Es ist auch günstig für autogene Schweißverfahren, bei denen kein Schweißzusatz aufgetragen wird. Schutzgas, vorzugsweise Inertgas wie Argon, wird auch verwendet, um das heiße Metallbad während des Schweißens vor Luftsauerstoff zu schützen. Obwohl das Verfahren vergleichsweise langsamer ist, macht es seine Fähigkeit, verschiedene Metalle zu verbinden und starke und zuverlässige Verbindungen herzustellen, in vielen Anwendungen zu einem günstigen Verfahren. Ein hervorragendes Aussehen der Schweißnaht und eine fehlerfreie Verbindung sind ebenfalls zwei wichtige Vorteile. GMAW unterscheidet sich in vielen Aspekten von GTAW und ihre Unterschiede sind unten in Tabellenform aufgeführt.

Tabelle:Unterschiede zwischen MSG- und WIG-Schweißverfahren

Verbrauchbare und nicht verbrauchbare Elektrode: Beim Lichtbogenschweißen entsteht der Lichtbogen zwischen einer Elektrode und leitfähigen Werkstoffen. Die hohe Wärmedichte dieses Lichtbogens schmilzt die Passflächen der Hauptkomponenten sowie ggf. eingesetztes Füllmetall ab. Wenn eine Elektrode beim Schweißen aufschmilzt und sich folglich auf der Schweißraupe ablagert, wird sie als abschmelzende Elektrode bezeichnet. Mit anderen Worten, wenn die Elektrode zum Bereitstellen von Füllstoff verbraucht wird, wird sie als verbrauchbare Elektrode bezeichnet. Beim Metallschutzgasschweißen (GMAW) ist die Elektrode ein Verbrauchstyp, da sie aufgrund der Lichtbogenerwärmung schmilzt und sich anschließend auf der Schweißraupe ablagert. Im Gegensatz dazu bleibt beim Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) die Elektrode bei intensiver Lichtbogenerwärmung intakt. Da es nicht schmilzt, um das notwendige Füllmetall abzuscheiden, ist es ein nicht verbrauchbarer Typ. Folglich ist die Lebensdauer der WIG-Elektrode höher als die der GMAW-Elektrode.

Zusammensetzung des Elektrodenmaterials: Beim GMAW ist die metallurgische Zusammensetzung der Elektrode (oder des Füllstoffs) mehr oder weniger dieselbe wie die der zu verbindenden Grundkomponenten. GTAW verwendet immer eine spitze Wolframelektrode, unabhängig von der Zusammensetzung des Grundmaterials. Einige Legierungselemente (z. B. Thorium, Lanthanoxid, Ceroxid, Zirkonoxid usw.) werden jedoch auch mit Wolfram zur Verbesserung verschiedener Schweißeigenschaften wie Elektronenemissionsvermögen, Elektrodenerosion usw. hinzugefügt.

Möglichkeit zur Durchführung im autogenen Modus: Eine autogene Art des Schweißens wird ohne Auftragen von Schweißzusatzwerkstoffen durchgeführt. Hier wird der Wurzelspalt minimal gehalten, normalerweise Null. Beim Schweißen werden nur aneinander liegende Flächen durch Erhitzen per Lichtbogen verschmolzen und abkühlen gelassen. Das verschmolzene Material der beiden Oberflächen vermischt sich und erzeugt beim Abkühlen die Schweißraupe. Das GMAW-Verfahren scheidet von Natur aus Füllmetall auf der Schweißraupe ab, da es eine verbrauchbare Elektrode verwendet. Es kann also nicht im autogenen Modus durchgeführt werden. Da beim WIG-Schweißen eine nicht abschmelzende Elektrode verwendet wird, kann es vorteilhafterweise im autogenen Modus durchgeführt werden. Tatsächlich ist es ein bevorzugtes Schweißverfahren für das Fügen im autogenen Modus.

Zusatzwerkstoff außen auftragen: Beim GMAW-Prozess muss kein Füllmetall von außen aufgebracht werden, da die Elektrode selbst als Füllmetall fungiert. Beim WIG-Schweißen kann der Zusatzwerkstoff jedoch auf Wunsch separat aufgetragen werden. Obwohl WIG für das Verbinden im autogenen Modus bevorzugt wird, kann es auch im homogenen Modus oder im heterogenen Modus durchgeführt werden. Füllstoff in Form von Stäben mit kleinem Durchmesser kann der Schweißzone unterhalb des Lichtbogens mit einer konstanten vorbestimmten Rate zugeführt werden. Dieser Füllstab schmilzt aufgrund der Lichtbogenerwärmung und lagert den notwendigen Füller ab. Die Zusammensetzung dieses Füllstabs kann der des Arbeitsmaterials ähnlich oder anders sein; es muss jedoch mit dem Grundmetall kompatibel sein, da sonst eine fehlerhafte Verbindung entsteht.

Inertes und aktives Schutzgas: Schutzgas wird verwendet, um die heiße Schweißraupe vor Luftsauerstoff zu schützen, indem eine Schutzschicht erzeugt wird, die die gesamte Schweißzone umgibt. Es trägt auch direkt oder indirekt dazu bei, das Spritzniveau zu reduzieren, den Lichtbogen zu stabilisieren und die Schweißnahteigenschaften zu verbessern. Dieses Schutzgas kann auch ein Inert- oder Aktivgas sein. Ein aktives Schutzgas kann in bestimmten Situationen eine bessere Leistungsfähigkeit zeigen. Solche Gase können auch chemische Elemente in die Schweißnaht einbringen, um verschiedene mechanische Eigenschaften der Verbindung zu verbessern. Der GMAW-Prozess kann beide Arten von Schutzgas verwenden; und dementsprechend kann es in zwei Gruppen eingeteilt werden – Metall-Inertgas (MIG) und Metall-Aktivgas (MAG). MIG verwendet nur Inertgase wie Argon, Helium usw. MAG verwendet aktive Gase wie Kohlendioxid, Sauerstoff usw., normalerweise gemischt mit Inertgas in unterschiedlichen Anteilen. Auf der anderen Seite wird beim GTAW- oder WIG-Schweißverfahren nur Inertgas verwendet, hauptsächlich Argon.

GMAW ist ein schnellerer Prozess im Vergleich zu TIG: Beim GMAW-Prozess wird eine Elektrode in Form eines Drahtes mit kleinem Durchmesser, der in einem Pool gewickelt ist, kontinuierlich durch eine geeignete mechanisierte Anordnung zugeführt. Dadurch kann der Zusatzwerkstoff schneller aufgetragen werden und folglich ist dieses Schweißverfahren im Vergleich zum WIG-Schweißen sehr produktiv.

Spritzgrad und Aussehen: Spritzer sind kleine Tröpfchen aus geschmolzenem Füllmetall, die durch Lichtbogenstreuung entstehen und aus der Schweißzone austreten. Diese Spritzer verursachen einen Verlust an Füllmetall und somit eine ungleichmäßige Füllerabscheidungsrate, die manchmal zu verschiedenen Schweißfehlern führt, einschließlich negativer Verstärkung und Maßungenauigkeit. Es beeinträchtigt auch das Erscheinungsbild und erfordert Schleifen nach dem Schweißen, um es zu entfernen. Viele Lichtbogenschweißverfahren erzeugen Spritzer, einschließlich GMAW. Es kann nicht spritzerfrei durchgeführt werden, selbst wenn ein optimaler Satz von Prozessparametern verwendet wird und die richtige Schweißtechnik verwendet wird. Beim WIG-Schweißen entstehen normalerweise keine Spritzer, es sei denn, die Oberfläche des Arbeitsmaterials ist nicht sauber. Die durch WIG-Schweißen hergestellte Schweißraupe ist glatt und oberflächlich attraktiv.

Kenntnisse des Schweißers: GMAW ist viel einfacher durchzuführen, da die meisten Bewegungen automatisiert sind. Auch die Bewegung des Brenners kann durch geeignete Anordnung automatisiert werden. Das Herstellen des Lichtbogens ist auch einfacher. Im Vergleich dazu ist das WIG-Schweißen ein ausgeklügeltes Verfahren und erfordert daher einen erfahrenen Schweißer, um das Schweißen reibungslos ohne Lichtbogenschlag oder unerwünschte Lichtbogenbeendigung durchzuführen. Das Herstellen eines Lichtbogens ist sehr wichtig, da die Wolframelektrode an der Arbeitsfläche haften bleiben kann, was zu einem Wolframeinschlussdefekt führt.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen dem Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) und dem Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) vorgestellt. Der Autor empfiehlt Ihnen außerdem, die folgenden Referenzen durchzugehen, um das Thema besser zu verstehen.

• Wolfram-Inertgasschweißen (WIG oder GTA) von TWI-Global.com.
• Gas Metal Arc Welding Handbook von W. H. Minnick (2007, Goodheart Willcox).
• Grundlegendes WIG- und MIG-Schweißen (GTAW &GMAW) von I. H. Griffin, E. M. Roden und C. W. Briggs (3 ^rd Ausgabe, Delmar Cengage Learning).