Verhalten des Elektronenflusses in Abhängigkeit vom Elektrodendurchmesser und der Elektrodengeometrie

Die Wolframelektrode spielt beim Orbital-WIG-Schweißverfahren eine entscheidende Rolle, da durch ihren Einsatz der Lichtbogen erzeugt wird und ihre Geometrie direkten Einfluss auf die Qualität der Schweißnaht hat. Bei der Auswahl der Elektrodemüssen mehrere Kriterien berücksichtigt werden: Material, Durchmesser, Länge, Größe, Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der Elektrode sind dabei zu berücksichtigende Parameter.

Unter diesen Kriterien konzentrieren wir uns in diesem Artikel insbesondere auf den Durchmesser und Geometrie der Elektrode.

Wie wirkt sich die Wahl des Elektrodendurchmessers und der Geometrie auf das Elektronenflussverhalten und damit auf die endgültige Schweißnaht beim WIG-Schweißverfahren aus? Was ist eine „Flat Spot“ und wie wählt man eine geeignete flache Spitze aus?

In diesem Artikel geben wir Ihnen alle Antworten auf diese Fragen.

Die Rolle einer geschliffenen Elektrode im Schweißprozess

Das Anspitzen der Elektrode ist der entscheidende Parameter, der die Eigenschaften des Schweißlichtbogens und die Geometrie der Schweißnaht beeinflusst. Eine angespitzte Elektrode erleichtert die Lichtbogenentzündung, kann jedoch schnell verschleißen, was zu möglichen Wolframeinschlüssen in der Schweißnaht führen kann.

Das Anschleifen muss daher ein fester Bestandteil des Schweißverfahrens sein. Um eine optimale Lichtbogenstabilität zu gewährleisten, muss das Anschleifen stets in Längsrichtung der Elektrode erfolgen. Ein senkrechtes Anschleifen ist unter allen Umständen zu vermeiden, da dies zu Lichtbogeninstabilität und einem völlig unvorhersehbaren Schweißergebnis führt.

Wenn die Spitze der Elektrode angespitzt ist, besteht die Gefahr, dass sie stumpf wird und Wolfram freigesetzt wird, das in das Schweißbad fällt, was eine Verunreinigung der Schweißnaht zur Folge hätte.

Dies könnte dann auf einer Röntgenaufnahme der Schweißnaht als weißer Fleck zu erkennen sein.

Die Bedeutung der flachen Stelle

Eine flache Spitze trägt dazu bei, die Lebensdauer der Elektrode zu verlängern, sollte jedoch sorgfältig geformt und nicht zu groß sein, damit der Lichtbogen nicht instabil wird und nicht aus der Bahn gerät. Die Verwendung einer entsprechend geformten flachen Spitze wird daher empfohlen, um Lichtbogenstabilität, einen guten Elektronentransfer sowie eine längere Lebensdauer der Elektrode zu erzielen, ohne das Risiko von Wolframeinschlüssen einzugehen.

Diese Abbildung veranschaulicht das Verhalten des Elektronenflusses in Abhängigkeit von der Elektrodengeometrie.

Wie hier zu sehen ist, verlassen die Elektronen die Elektrode stets senkrecht zu deren Oberfläche.

Es ist wichtig, sich für eine flache Spitze am Ende der Elektrode zu entscheiden, die entsprechend der verwendeten Stromstärke ausgewählt wird. Die Verwendung einer geeigneten flachen Spitze ermöglicht es, einen linearen Elektronenausgangsstrom zu erzeugen, den wir als effektiven Strom bezeichnen werden.

Dieser Strom trifft auf die Elektrode in einem sehr kleinen Bereich, der die Zone mit der höchsten Erwärmung darstellt und die Schmelzzone bildet.

Je konzentrierter der Schweißstrom ist und je besser die Wärme auf einen begrenzten Bereich gebündelt wird, desto optimaler verläuft der Schweißvorgang. Dank dieses Verfahrens können Sie – ohne dass der Schweißer eine Pendelbewegung ausführen muss – im Automatikbetrieb Materialstärken von bis zu 3 mm verschweißen.

Das Elektronenflussverhalten in Abhängigkeit vom Elektrodendurchmesser

Die obigen Abbildungen veranschaulichen den Einfluss des Durchmessers auf den Elektronenfluss.

Es lässt sich feststellen, dass die Wahl des Elektrodendurchmessers ein entscheidender Faktor ist, da der Elektronenstrom innerhalb der Elektrode einen Radius aufweist, der proportional zur Stromstärke ist: Je höher die Stromstärke in Ampere ist, desto größer ist der Stromfluss. Stellen wir uns den Fall vor, in dem der Durchmesser des Stromflusses dem Durchmesser des flachen Bereichs entspricht (hier in Abbildung1 dargestellt); dann ist der effektive Stromfluss beim Austritt aus der Elektrode optimal.

Ist der Durchfluss hingegen größer als die flache Spitze (hier in Abbildung2 dargestellt), kommt es zu einer Streuung der Elektronen, die senkrecht diffundieren. Die Erwärmungszone wird dann breiter und verliert an Effizienz.

Im umgekehrten Fall, in dem der Durchfluss geringer wäre als die flache Spitze (hier in Abbildung3 dargestellt), besteht die Gefahr einer Abdrift und Instabilität des Lichtbogens, da der effektive Durchfluss nicht kanalisiert werden kann und auf der flachen Spitze „balanciert“: Die Erwärmungszone wird daher ausgebreitet.

Da die Elektronen am Ausgang nicht kanalisiert werden, neigen sie dazu, sich in den Ecken anzusammeln und während der Phase mit geringem Strom seitwärts zu wandern (insbesondere bei einer Schweißnaht, die eine Vorbereitung mit einer Fase erfordern würde).

Wir empfehlen daher, einen geeigneten Durchmesser und eine geeignete Geometrie zu wählen, um eine stabile Lichtbogenführung und einen guten Elektronentransfer zu erzielen und so eine lange Lebensdauer der Elektrode zu gewährleisten, ohne dass es zu Wolframeinschlüssen kommt.

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