Einführung
MIG (oder MAG) ist das Verfahren des Lichtbogenschweißens mit einer abschmelzenden Elektrode unter Gasschutz, bei dem ein Massivdraht als Elektrode und ein Inertgas (MIG) oder ein Aktivgas (MAG) als Gasschutz verwendet werden. Auch als Gas Metal Arc Welding (oder GMAW) bekannt.
Wie der Prozess funktioniert
Beim MIG/MAG-Schweißen wird die Wärme eines elektrischen Lichtbogens verwendet, der zwischen einer kontinuierlich zugeführten blanken Elektrode und dem Grundmetall entsteht, um die Elektrodenspitze und die Oberfläche des Grundmetalls an der zu schweißenden Verbindung zu verschmelzen.Der Schutz des Lichtbogens und des geschmolzenen Schweißbades erfolgt vollständig durch ein extern zugeführtes Gas, das inert, aktiv oder eine Mischung aus diesen sein kann. Daher können wir je nach Gas folgende Prozesse haben:
• MIG-Verfahren (METAL INERT GAS): Injektion von Inertgas. Das Gas kann sein:
- Argon
- Helium
• MAG-Verfahren (METAL ACTIVE GAS): Injektion von aktivem Gas oder einer Mischung von Gasen, die ihre inerten Eigenschaften verlieren, wenn ein Teil des Grundmetalls oxidiert wird. Die verwendeten Gase sind:
- 100 % CO2
- CO2 + 5 bis 10 % O2
- Argon + 15 bis 30 % CO2
- Argon + 5 bis 15 % O2
- Argon + 25 bis 30 % N2
Beim MIG/MAG-Schweißen entstehen beim MIG/MAG-Schweißen keine Schlacken, da bei diesen Verfahren kein Flussmittel verwendet wird. Allerdings bildet sich ein glasartiger Film (der wie Glas aussieht) aus Siliciumdioxid aus Elektroden mit hohem Siliciumgehalt, der als Schlacke behandelt werden muss.
Die folgende Abbildung zeigt, wie der MIG/MAG-Schweißprozess funktioniert.
- Höhere Abschmelzleistung als beim Schweißen mit umhüllten Elektroden.
- Weniger Gas und Rauch beim Schweißen.
- Hohe Vielseitigkeit.
- Große Anwendungsmöglichkeit.
- Schweißt eine Vielzahl von Dicken und Materialien.
Beim halbautomatischen Verfahren wird die Elektrode automatisch durch einen Brenner (oder Pistole) geführt. Der Schweißer steuert die Neigung und den Abstand zwischen dem Brenner und dem Teil sowie die Bewegungsgeschwindigkeit und die Handhabung des Lichtbogens.
Das MIG/MAG-Schweißverfahren kann auch zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt werden.
Schweißausrüstung
Eine grundlegende MIG/MAG-Schweißausrüstung besteht aus den folgenden Elementen: einer Schweißpistole (besser bekannt als Brenner), einer Schweißstromquelle, einer Schutzgasflasche und einem Drahtvorschubsystem.Die folgende Abbildung zeigt die Grundausstattung, die für das MIG/MAG-Schweißverfahren benötigt wird.
Der Brenner enthält ein Kontaktrohr, um den Schweißstrom auf die Elektrode zu übertragen, und eine Gasdüse, um das Schutzgas in die Nähe des Lichtbogens und des Schweißbades zu leiten. Der Drahtvorschub besteht aus einem kleinen Gleichstrommotor und einem Antriebsrad.
Der Durchfluss des Schutzgases wird durch den Durchflussmesser und den Druckminderer geregelt. Diese ermöglichen eine konstante Gaszufuhr zur Düse der Pistole mit einer voreingestellten Durchflussrate.
Die meisten MIG/MAG-Schweißanwendungen erfordern Gleichstrom mit umgekehrter Polarität (DC+, Elektrode mit dem Pluspol verbunden). In dieser Situation haben Sie einen stabileren Lichtbogen, stabile Übertragung, geringe Spritzer und gute Eigenschaften der Schweißnaht.
Gleichstrom in direkter Polarität wird nicht oft verwendet, und Wechselstrom wurde in diesem Verfahren bis vor kurzem nicht verwendet. Bereits heute besteht die Möglichkeit, Aluminium mit Wechselstrom zu schweißen.
Arten der Füllmetallübertragung
Beim Schweißen mit abschmelzenden Elektroden, wie beispielsweise beim MIG/MAG-Schweißen, muss das geschmolzene Metall an der Drahtspitze in das Schweißbad überführt werden. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind:- Stromstärke und Stromart.
- Lichtbogenspannung.
- Stromdichte.
- Beschaffenheit des Elektrodendrahtes.
- Stick-Out-Elektrodenverlängerung.
- Schutzgas.
- Eigenschaften der Stromquelle.
Kugelförmig
Es tritt bei einem geringen Strom im Verhältnis zur Stärke (Durchmesser) der Elektrode auf. Das Metall wird von der Elektrode auf das Werkstück als Kügelchen übertragen, von denen jedes einen größeren Durchmesser als die Elektrode hat. Die Kügelchen werden ohne viel Richtung in die Pfütze überführt, und das Auftreten von Spritzern ist ziemlich offensichtlich.Durch Sprühübertragung
Tritt bei hohen Strömen auf. Das geschmolzene Füllmetall wird als feine Tröpfchen durch den Lichtbogen geleitet. Beim Sprühtransfer kann die Auftragsrate bis zu 10 kg/h erreichen. Diese Abscheidungsrate schränkt das Verfahren jedoch auf die Position ein.Durch Kurzschlussübertragung
Die Schmelze beginnt kugelförmig und der Tropfen wird größer, bis er das Schmelzbad berührt, wodurch ein Kurzschluss entsteht und der Lichtbogen erlischt. Unter Einwirkung bestimmter Kräfte wird der Tropfen auf das Teil übertragen. Dieses Verfahren ermöglicht das Schweißen in allen Positionen und ist ein relativ energiearmes Verfahren, das seine Verwendung für größere Dicken einschränkt.
Durch pulsierendes Lichtbogenschweißen
Es hält einen Lichtbogen mit niedrigem Strom als Hintergrundelement aufrecht und injiziert über diesem niedrigen Strom hohe Stromimpulse. Während dieser Pulse erfolgt die Übertragung des Schweißzusatzes durch den Tröpfchenstrahl. Diese Eigenschaft des Schweißstroms bewirkt eine geringere Schweißenergie, was das Schweißen in vertikaler Position durch die Verwendung von Drähten mit großem Durchmesser ermöglicht.
Der Nachteil ist, dass zur Steuerung der Impulse ein spezielles Schweißgerät erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil ist das Herstellen einer Wurzel, da angenommen wird, dass niedrige Stromstärken zum Fehlen von Schmelzfehlern führen.
Die meisten Sprüh-MIG/MAG-Schweißungen werden in der flachen Position durchgeführt. MIG/MAG-Schweißungen mit Impulslichtbogen und Kurzschlussübertragung sind zum Schweißen in allen Positionen geeignet. Beim Schweißen in Überkopfposition werden Elektroden mit kleinem Durchmesser im Kurzschluss-Umsetzverfahren verwendet. Sprühtransfer kann mit gepulstem Gleichstrom verwendet werden.
Der Kurzschlussmodus ist wegen seiner Bequemlichkeit weit verbreitet, hat aber aufgrund der geringen Wärmezufuhr, die er erzeugt, einen Nachteil. Diese geringe Wärme kann zu einem Mangel an Fusion führen und wird daher von einigen Unternehmen begrenzt.
Arten und Funktionen von Verbrauchsmaterialien – Gase und Elektroden
Der Hauptzweck von Schutzgas beim MIG/MAG-Schweißen besteht darin, die Schweißnaht vor atmosphärischen Verunreinigungen zu schützen. Auch das Schutzgas beeinflusst die Art der Übertragung, Eindringtiefe und Raupenform.Argon und Helium sind Schutzgase, die zum Schweißen der meisten Eisenmetalle verwendet werden. CO2 wird häufig zum Schweißen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (früher als "weiche" Stähle bezeichnet) verwendet. Bei der Auswahl eines Schutzgases ist vor allem zu beachten, dass je dichter das Gas, desto effektiver der Lichtbogenschutz.
Die Elektroden für das MIG/MAG-Schweißen sind in ihrer Zusammensetzung ähnlich oder identisch mit denen anderer Schweißverfahren mit blanken Elektroden und enthalten für den speziellen Fall des MAG-Schweißens desoxidierende Elemente wie Silizium und Mangan in bestimmten Prozentsätzen.
Nur um es klar zu sagen, das desoxidierende Element ist dasjenige, das den Sauerstoff aus dem Schmelzbad nimmt oder ihn in etwas weniger Schädliches umwandelt. Lässt man den Sauerstoff in der Pfütze, wird er nach dem Erstarren in Form von Poren (oder Porosität) in der Schweißnaht eingeschlossen.
Grundsätzlich sollten Elektroden- und Grundmetallzusammensetzungen möglichst ähnlich sein und speziell beim MAG-Verfahren muss die Zugabe von desoxidierenden Elementen berücksichtigt werden (weil die Fugenreinigung nicht so schonend ist wie beim MAG-Verfahren).
Verhalten der aktiven Atmosphäre im MAG-Prozess
Mit aktiver Atmosphäre ist das Einblasen von aktivem Schutzgas gemeint, das das Metall während des Schweißens oxidieren kann. Um die Überlegungen zu den beteiligten Phänomenen zu erleichtern, nehmen wir als Beispiel die Injektion von Kohlendioxid (CO2).
FeO + C –> Fe + CO
Es kann vorkommen, dass Kohlenmonoxid (CO) keine Zeit hat, das Schweißbad zu verlassen, was zu Poren oder Porosität im Schweißgut führt.
Das Problem wird durch Zugabe von desoxidierenden Elementen wie Mangan gelöst. Mangan reagiert mit Eisenoxid, wodurch Manganoxid entsteht, das, da es kein Gas ist, in die Schlacke gelangt (FeO + Mn – + MnO).
Mangan muss jedoch in einer Menge zugegeben werden, die mit dem gebildeten FeO kompatibel ist. Überschüssiges Mn führt dazu, dass ein Teil davon in die Schweißnaht eingebaut wird, was zu einer größeren Härte des Schweißguts und damit zu einer größeren Risswahrscheinlichkeit führt. Zusammenfassend treten also folgende Reaktionen auf:
• In aktiver Atmosphäre:
CO2> CO + ½ O2
Fe + ½ O2> FeO
• Bei Flüssig/Fest-Umwandlung:
FeO + C> Fe + CO
• Bei Zugabe von desoxidierenden Elementen:
FeO + Mn> Fe + MnO (MnO geht in die Schlacke)
Theoretisch erzeugt GMAW keine Schlacke, aber in der Praxis kann es eine glasartige Schlacke bilden (wie oben zu sehen ist). Eine andere Möglichkeit ist, dass MnO als Einschluss in der Schweißnaht verbleibt.
Beim Schweißen mit aktiver Atmosphäre (MAG-Verfahren und alle anderen mit aktiver Atmosphäre) ist es immer sinnvoll, auf folgende Details zu achten:
- Mit zunehmender Erstarrungsgeschwindigkeit wird die Wahrscheinlichkeit von Poren und Porositäten größer;
- Oxidation kann Poren und Porosität verursachen. Übermäßige Desoxidation erhöht durch Erhöhung der mechanischen Zugfestigkeit der Schweißnaht ihre Härtbarkeit (Härtung durch Wärmebehandlung). Die Rissgefahr wird größer.
Funktionen und Verwendungen
Das MIG/MAG-Schweißverfahren erzeugt hochwertige Schweißnähte mit geeigneten Schweißverfahren.Da kein Flussmittel verwendet wird, ist die Möglichkeit des Einschlusses von Schlacke ähnlich wie beim Verfahren mit umhüllter Elektrode oder dem Unterpulververfahren minimal, und andererseits kann der Einschluss einer für das Verfahren charakteristischen glasartigen Schlacke auftreten, wenn die Zwischenlagenreinigung nicht durchgeführt wird richtig. Wasserstoff im Lot ist praktisch nicht vorhanden.
Das MIG/MAG-Schweißen ist ein Schweißverfahren in allen Positionen, abhängig von der Elektrode und dem verwendeten Gas oder den verwendeten Gasen. Es kann die meisten Metalle schweißen und kann sogar für die Abscheidung von Oberflächenbeschichtungen verwendet werden.
Es ist in der Lage, Dicken von mehr als 0,5 mm mit Kurzschlussübertragung zu schweißen. Die Abscheidungsrate kann je nach Elektrode, Transfermodus und verwendetem Gas 15 kg/h erreichen.
Prozessbedingte Diskontinuitäten
Beim MIG/MAG-Schweißen können folgende Ungänzen auftreten:Fehlende Fusion
Dies kann beim MIG/MAG-Schweißen mit Kurzschlussübertragung passieren. Es tritt auch bei Sprühtransfer oder axialem Sprühen bei Verwendung von Schwachstrom auf.Mangelnde Durchdringung
Sein Auftreten ist wahrscheinlicher bei Kurzschlussübertragung (aufgrund geringer Wärmeeinbringung).Schlackeneinschlüsse
Der im Grundwerkstoff selbst enthaltene oder beim Schweißen unter mangelhaften Schutzbedingungen eingefangene Sauerstoff bildet im Schmelzbad Oxide. Meistens schwimmen diese Oxide im Schweißbad, aber sie können unter dem Schweißgut eingeschlossen werden und zu Schlackeneinschlüssen führen.Splitter, Knicke, Doppellaminierungen und interlamellare Risse
Sie können mit einem hohen Grad an Einschränkung auftauchen oder in Schweißnähten auftreten.Unterschnitte (ähneln einem Biss)
Wenn sie es tun, liegt es an der Unfähigkeit des Schweißers.Porosität
Wie wir bereits gesehen haben, werden beim MIG/MAG-Schweißen Poren und Porosität durch in der Schweißnaht eingeschlossenes Gas verursacht, folgender Mechanismus ist nachgewiesen: Das eingeblasene Schutzgas kann ohne Einhaltung bestimmter technischer Voraussetzungen die es umgebende sauerstoffhaltige Atmosphäre verdrängen und Stickstoff.Sauerstoff und Stickstoff aus der Atmosphäre können sich im Schweißbad lösen, wodurch Poren und Porosität im Schweißgut entstehen.
Überlappung
Es kann bei Kurzschlussübertragung passieren.Risse
Beim Schweißen mit mangelhafter Technik, wie z. B. Der Verwendung eines ungeeigneten Füllmetalls, können Risse auftreten. Mit unangemessen meine ich die Wahl oder Spezifikation des Verbrauchsmaterials (Verantwortung des Technikers)Bedingungen für den Personenschutz
Beim MIG/MAG-Schweißen ist die Emission ultravioletter Strahlung hoch. Es gibt auch das Problem von metallischen Vorsprüngen. Der Schweißer muss herkömmliche Schutzausrüstung wie Handschuhe, Overall, Augenschutzbrille usw. Tragen.Beim Schweißen in geschlossenen Räumen dürfen wir die Notwendigkeit einer Zwangsbelüftung sowie das Entfernen von Behältern aus dem Bereich, die Lösungsmittel enthalten, die sich durch die Einwirkung von UV-Strahlen in giftige Gase zersetzen können, nicht vergessen.
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