Gas-Metall-Lichtbogenschweißen
Gas-Metall-LichtbogenschweißenSchutzgasschweißen (GMAW) , manchmal durch seine Subtypen bezeichnet, Metall-Inertgas-Schweißen (MIG). oder Metall-Aktivgas (MAG)-Schweißen , ist ein halbautomatischer oder automatischer Lichtbogen Schweißen Verfahren, bei dem eine kontinuierliche und abschmelzende Drahtelektrode und ein Schutzgas durch eine Schweißpistole geleitet werden. Eine Konstante Stromspannung , Gleichstromquelle wird am häufigsten mit GMAW verwendet, aber auch Konstantstromsysteme Wechselstrom , kann verwendet werden. Es gibt vier Hauptmethoden der Metallübertragung beim MSG-Schweißen, die als Kugel-, Kurzschluss-, Sprüh- und Impulssprühverfahren bezeichnet werden, von denen jede unterschiedliche Eigenschaften und entsprechende Vorteile und Einschränkungen aufweist.
Ursprünglich zum Schweißen entwickelt Aluminium und anderen NE-Materialien in den 1940er Jahren wurde GMAW bald darauf angewendet Stähle weil es im Vergleich zu anderen Schweißverfahren eine geringere Schweißzeit ermöglichte. Die Kosten von Inertgas begrenzten seine Verwendung in Stählen, bis einige Jahre später die Verwendung von halbinerten Gasen wie z Kohlendioxid wurde üblich. Weiterentwicklungen in den 1950er und 1960er Jahren gaben dem Verfahren mehr Vielseitigkeit und infolgedessen wurde es zu einem häufig verwendeten industriellen Verfahren. Heutzutage wird GMAW häufig in Branchen wie der verwendet Automobil Industrie, wo es wegen seiner Vielseitigkeit und Geschwindigkeit bevorzugt wird. Im Gegensatz zu Schweißverfahren, die kein Schutzgas verwenden, wie z Lichtbogenschweißung , wird es selten im Freien oder in anderen Bereichen mit flüchtiger Luft verwendet. Ein verwandtes Verfahren, das Fülldraht-Lichtbogenschweißen, verwendet häufig kein Schutzgas, sondern einen hohlen Elektrodendraht, der innen mit Flussmittel gefüllt ist.
Entwicklung
Die Entwicklung der Prinzipien des Metall-Schutzgasschweißens begann um die Wende des 19. Jahrhunderts mit Humphry Davy 's Entdeckung des Lichtbogens im Jahr 1800. Zuerst wurden Kohlenstoffelektroden verwendet, aber Ende des 19. Jahrhunderts wurden Metallelektroden von N.G. Slavianoff und C. L. Coffin. 1920 wurde ein früher Vorgänger von GMAW von P. O. Nobel von General Electric erfunden. Es verwendete einen blanken Elektrodendraht und Gleichstrom und verwendete Lichtbogenspannung, um die Vorschubgeschwindigkeit zu regulieren. Es wurde kein Schutzgas zum Schutz der Schweißnaht verwendet, da die Entwicklung der Schweißatmosphäre erst später in diesem Jahrzehnt stattfand. 1926 wurde ein weiterer Vorläufer von GMAW veröffentlicht, der jedoch nicht für den praktischen Einsatz geeignet war.
Erst 1948 wurde GMAW schließlich vom Batelle Memorial Institute entwickelt. Es verwendete eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser und eine Konstantspannungsquelle, die von H. E. Kennedy entwickelt worden war. Es bot eine hohe Abscheidungsrate, aber die hohen Kosten für Inertgase beschränkten seine Verwendung auf Nichteisenmaterialien, und es wurden keine Kosteneinsparungen erzielt. 1953 wurde die Verwendung von Kohlendioxid als Schweißatmosphäre entwickelt, die beim MSG schnell an Popularität gewann, da es das Schweißen von Stahl wirtschaftlicher machte. In den Jahren 1958 und 1959 wurde die Kurzlichtbogenvariante von GMAW veröffentlicht, die die Vielseitigkeit des Schweißens erhöhte und das Schweißen dünner Materialien ermöglichte, während sie sich auf kleinere Elektrodendrähte und fortschrittlichere Stromversorgungen stützte. Es wurde schnell zur beliebtesten MSG-Variante. Die Sprühlichtbogen-Übertragungsvariante wurde Anfang der 1960er Jahre entwickelt, als Experimentatoren Inertgasen kleine Mengen Sauerstoff zusetzten. In jüngerer Zeit wurde gepulster Strom angelegt, was zu einem neuen Verfahren führte, das als gepulste Sprühlichtbogenvariation bezeichnet wird.
Heute ist GMAW eines der beliebtesten Schweißverfahren, insbesondere in industriellen Umgebungen. Es wird in großem Umfang von der Blechindustrie und damit auch von der Automobilindustrie verwendet. Dort wird das Verfahren häufig zum Lichtbogenpunktschweißen eingesetzt und ersetzt damit Nieten oder Widerstandspunktschweißen. Es ist auch beim Roboterschweißen beliebt, bei dem Roboter die Werkstücke und die Schweißzange handhaben, um den Fertigungsprozess zu beschleunigen. Generell ist es für das Schweißen im Freien ungeeignet, da durch die Bewegung der umgebenden Atmosphäre das Schutzgas verpuffen und somit das Schweißen erschweren und die Qualität der Schweißnaht verringern kann. Durch eine Erhöhung der Schutzgasleistung lässt sich das Problem etwas entschärfen, was aber teuer werden kann. Im Allgemeinen sind Prozesse wie z Lichtbogenschweißung und das Lichtbogenschweißen mit Fülldraht werden zum Schweißen im Freien bevorzugt, was die Verwendung von GMAW in der Bauindustrie eher begrenzt macht. Darüber hinaus macht die Verwendung eines Schutzgases GMAW zu einem unbeliebten Unterwasserschweißverfahren und wird aus dem gleichen Grund selten in Raumfahrtanwendungen eingesetzt.
Ausrüstung
Zum Schutzgasschweißen ist die Grundausrüstung eine Schweißpistole, ein Drahtvorschubgerät, eine Schweißstromversorgung, ein Elektrodendraht und eine Schutzgasversorgung.
Schweißpistole und Drahtvorschubgerät
Schnittbild der GMAW-Brennerdüse. (1) Taschenlampengriff, (zwei) Gegossenes Phenol-Dielektrikum (in weiß dargestellt) und Metallmuttereinsatz mit Gewinde (gelb), (3) Schutzgasdüse, (4) Kontaktspitze, (5) Düsenaustrittsfläche
Eine MSG-DrahtvorschubeinheitDie typische GMAW-Schweißpistole hat eine Reihe wichtiger Teile – einen Steuerschalter, eine Kontaktspitze, ein Stromkabel, eine Gasdüse, eine Elektrodenleitung und -auskleidung sowie einen Gasschlauch. Der Steuerschalter oder Auslöser leitet, wenn er vom Bediener gedrückt wird, den Drahtvorschub, die elektrische Energie und den Schutzgasfluss ein, wodurch ein elektrischer Lichtbogen gezündet wird. Die Kontaktspitze, normalerweise aus Kupfer und manchmal chemisch behandelt, um Spritzer zu reduzieren, wird über das Stromkabel mit der Schweißstromquelle verbunden und überträgt die elektrische Energie auf die Elektrode, während sie sie auf den Schweißbereich leitet. Es muss fest befestigt und richtig dimensioniert sein, da es den Durchgang der Elektrode ermöglichen und gleichzeitig einen elektrischen Kontakt aufrechterhalten muss. Bevor der Draht an der Kontaktspitze ankommt, wird er durch die Elektrodenleitung und den Liner geschützt und geführt, wodurch ein Knicken verhindert und eine ununterbrochene Drahtzufuhr aufrechterhalten wird. Die Gasdüse wird verwendet, um das Schutzgas gleichmäßig in die Schweißzone zu leiten – wenn die Strömung ungleichmäßig ist, bietet sie möglicherweise keinen ausreichenden Schutz des Schweißbereichs. Größere Düsen liefern einen größeren Schutzgasfluss, was für Hochstrom-Schweißvorgänge nützlich ist, bei denen die Größe des geschmolzenen Schweißbades erhöht wird. Das Gas wird der Düse durch einen Gasschlauch zugeführt, der mit den Schutzgasbehältern verbunden ist. Manchmal ist auch ein Wasserschlauch in die Schweißpistole eingebaut, der die Pistole bei Arbeiten mit hoher Hitze kühlt.
Die Drahtvorschubeinheit führt die Elektrode dem Werkstück zu und treibt sie durch die Leitung und weiter zur Kontaktspitze. Die meisten Modelle liefern den Draht mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit, aber fortschrittlichere Maschinen können die Vorschubgeschwindigkeit als Reaktion auf die Lichtbogenlänge und -spannung variieren. Einige Drahtvorschübe können Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 30,5 m/min (1200 Zoll/min) erreichen, aber die Vorschubgeschwindigkeiten für halbautomatisches GMAW liegen typischerweise zwischen 2 und 10 m/min (75–400 Zoll/min).
Stromversorgung
Die meisten Anwendungen des Metallschutzgasschweißens verwenden eine Stromversorgung mit konstanter Spannung. Infolgedessen führt jede Änderung der Lichtbogenlänge (die direkt mit der Spannung zusammenhängt) zu einer großen Änderung der Wärmezufuhr und des Stroms. Eine kürzere Lichtbogenlänge verursacht einen viel größeren Wärmeeintrag, wodurch die Drahtelektrode schneller abschmilzt und dadurch die ursprüngliche Lichtbogenlänge wiederhergestellt wird. Dies hilft Bedienern, die Lichtbogenlänge auch beim manuellen Schweißen mit Handschweißpistolen konstant zu halten. Um einen ähnlichen Effekt zu erzielen, wird manchmal eine Konstantstromquelle in Kombination mit einem lichtbogenspannungsgesteuerten Drahtvorschubgerät verwendet. In diesem Fall bewirkt eine Änderung der Lichtbogenlänge eine Anpassung der Drahtvorschubgeschwindigkeit, um eine relativ konstante Lichtbogenlänge aufrechtzuerhalten. In seltenen Fällen können eine Konstantstromquelle und eine Einheit mit konstanter Drahtvorschubgeschwindigkeit gekoppelt werden, insbesondere beim Schweißen von Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Aluminium. Dies gewährt dem Bediener zusätzliche Kontrolle über den Wärmeeintrag in die Schweißnaht, erfordert jedoch erhebliches Geschick, um erfolgreich zu arbeiten.
Wechselstrom wird selten mit GMAW verwendet; stattdessen wird Gleichstrom verwendet und die Elektrode ist im Allgemeinen positiv geladen. Da die Anode tendenziell eine größere Wärmekonzentration aufweist, führt dies zu einem schnelleren Schmelzen des Zuführungsdrahts, was den Schweißeinbrand und die Schweißgeschwindigkeit erhöht. Die Polarität kann nur umgekehrt werden, wenn spezielle Elektrodendrähte mit Emissionsbeschichtung verwendet werden, aber da diese nicht weit verbreitet sind, wird eine negativ geladene Elektrode selten verwendet.
Elektrode
Die Auswahl einer beim GMAW zu verwendenden Elektrode ist eine komplizierte Entscheidung, da sie von der verwendeten Prozessvariante, der Zusammensetzung des zu schweißenden Metalls, dem Verbindungsdesign und den Oberflächenbedingungen des Materials abhängt. Die Wahl einer Elektrode beeinflusst stark die mechanischen Eigenschaften des Schweißbereichs und ist damit ein Schlüsselfaktor für die Schweißqualität. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass das geschweißte Metall mechanische Eigenschaften aufweist, die denen des Grundmaterials ähnlich sind, und dass es keine Diskontinuitäten, wie beispielsweise Porosität, innerhalb der Schweißnaht gibt. Um diese Ziele in unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen GMAW-Variationen zu erreichen, gibt es eine große Vielfalt an Elektroden. Alle enthalten desoxidierende Metalle wie z Silizium , Mangan , Titan , und Aluminium in kleinen Prozentsätzen, um Sauerstoffporosität zu verhindern, und einige enthalten denitrierende Metalle wie Titan und Zirkonium Stickstoffporosität zu vermeiden. Abhängig von der Prozessvariation und dem verwendeten Grundmaterial liegen die Durchmesser der beim GMAW verwendeten Elektroden typischerweise im Bereich von 0,7 bis 2,4 mm (0,028–0,095 in), können aber bis zu 4 mm (0,16 in) groß sein. Die kleinsten Elektroden sind mit kurzschließender Metallübertragung verbunden, während der gepulste Sprühmodus im Allgemeinen Elektroden von mindestens 1,6 mm (0,06 Zoll) verwendet.
GMAW-Schaltplan. (1) Schweißbrenner, (zwei) Werkstück, (3) Energiequelle, (4) Drahtvorschubeinheit, (5) Elektrodenquelle, (6) Schutzgasversorgung.Schutzgas
Schutzgase sind beim Schutzgasschweißen notwendig, um den Schweißbereich vor atmosphärischen Gasen wie z Stickstoff- und Sauerstoff , die Schmelzfehler, Porosität und Schweißgutversprödung verursachen können, wenn sie mit der Elektrode, dem Lichtbogen oder dem Schweißgut in Kontakt kommen. Dieses Problem ist allen Lichtbogenschweißverfahren gemeinsam, aber viele Lichtbogenschweißverfahren verwenden anstelle eines Schutzgases ein Flussmittel, das sich in ein Schutzgas auflöst, wenn es auf Schweißtemperaturen erhitzt wird. Beim GMAW hat der Elektrodendraht jedoch keine Flussmittelbeschichtung, und zum Schutz der Schweißnaht wird ein separates Schutzgas verwendet. Dadurch wird Schlacke beseitigt, der harte Rückstand des Flussmittels, der sich nach dem Schweißen ansammelt und abgeplatzt werden muss, um die fertige Schweißnaht freizulegen.
Die Wahl eines Schutzgases hängt von mehreren Faktoren ab, vor allem von der Art des zu schweißenden Materials und der verwendeten Prozessvariante. Reine Edelgase wie z Argon und Helium werden nur zum NE-Schweißen verwendet; bei Stahl verursachen sie einen unregelmäßigen Lichtbogen und fördern Spritzer (bei Helium) oder bieten keinen ausreichenden Schweißeinbrand (Argon). Rein Kohlendioxid , ermöglicht andererseits Schweißnähte mit tiefem Einbrand, fördert jedoch die Oxidbildung, die die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht nachteilig beeinflusst. Seine niedrigen Kosten machen es zu einer attraktiven Wahl, aber aufgrund der Heftigkeit des Lichtbogens sind Spritzer unvermeidbar und das Schweißen dünner Materialien schwierig. Daher werden Argon und Kohlendioxid häufig in einer Mischung von 75 %/25 % oder 80 %/20 % gemischt, was Spritzer reduziert und das Schweißen dünner Stahlwerkstücke ermöglicht.
Argon wird auch häufig mit anderen Gasen wie Sauerstoff, Helium, Wasserstoff , und Stickstoff. Die Zugabe von bis zu 5 % Sauerstoff fördert den Sprühübergang, der für Sprühlichtbogen- und Impulssprühlichtbogen-GMAW kritisch ist. Mehr Sauerstoff führt jedoch dazu, dass das Schutzgas die Elektrode oxidiert, was zu Porosität in der Abscheidung führen kann, wenn die Elektrode nicht genügend Desoxidationsmittel enthält. Eine Argon-Helium-Mischung ist völlig inert und wird auf Nichteisenmaterialien verwendet. Eine Heliumkonzentration von 50–75 % erhöht die Spannung und erhöht die Wärme im Lichtbogen, wodurch er beim Schweißen dickerer Werkstücke hilfreich ist. Höhere Heliumanteile verbessern auch die Schweißqualität und -geschwindigkeit bei der Verwendung von Wechselstrom zum Schweißen von Aluminium. Zum Schweißen von Nickel- und dicken Edelstahlwerkstücken wird Argon in geringen Konzentrationen (bis etwa 5 %) mit Wasserstoff versetzt. In höheren Konzentrationen (bis zu 25 % Wasserstoff) eignet es sich zum Schweißen leitfähiger Materialien wie Kupfer. Es sollte jedoch wegen der Gefahr der Wasserstoffporosität nicht auf Stahl, Aluminium oder Magnesium verwendet werden. Zusätzlich wird Argon manchmal Stickstoff in einer Konzentration von 25 %–50 % zum Schweißen von Kupfer zugesetzt, aber die Verwendung von Stickstoff, insbesondere in Nordamerika , ist begrenzt. Mischungen aus Kohlendioxid und Sauerstoff werden in Nordamerika ähnlich selten verwendet, sind aber häufiger in Europa und Japan .
Jüngste Fortschritte bei Schutzgasmischungen verwenden drei oder mehr Gase, um eine verbesserte Schweißqualität zu erreichen. Eine Mischung aus 70 % Argon, 28 % Kohlendioxid und 2 % Sauerstoff wird zum Schweißen von Stählen immer beliebter, während andere Mischungen der Argon-Sauerstoff-Kombination eine kleine Menge Helium hinzufügen, was zu einer höheren Lichtbogenspannung und Schweißgeschwindigkeit führt. Manchmal wird auch Helium als Basisgas verwendet, dem kleinere Mengen Argon und Kohlendioxid zugesetzt werden. Darüber hinaus behaupten andere spezialisierte und oft proprietäre Gasmischungen, noch größere Vorteile für bestimmte Anwendungen zu bieten.
Die gewünschte Gasströmungsrate hängt hauptsächlich von der Schweißgeometrie, der Geschwindigkeit, dem Strom, der Art des Gases und dem verwendeten Metallübertragungsmodus ab. Das Schweißen von flachen Oberflächen erfordert einen höheren Durchfluss als das Schweißen von gerillten Materialien, da das Gas schneller verteilt wird. Höhere Schweißgeschwindigkeiten bedeuten, dass mehr Gas zugeführt werden muss, um eine ausreichende Abdeckung zu erreichen. Außerdem erfordert ein höherer Strom einen größeren Fluss, und im Allgemeinen ist mehr Helium erforderlich, um eine angemessene Abdeckung bereitzustellen, als Argon. Am wichtigsten ist vielleicht, dass die vier primären MSG-Varianten unterschiedliche Anforderungen an den Schutzgasdurchfluss haben – für die kleinen Schweißbäder der Kurzschluss- und Impulssprühmodi sind etwa 10 l/min (20 ft³/h) im Allgemeinen geeignet, während für eine kugelförmige Übertragung , etwa 15 l/min (30 ft³/h) werden bevorzugt. Die Sprühübertragungsvariante erfordert normalerweise mehr aufgrund ihres höheren Wärmeeintrags und somit eines größeren Schweißbades; etwa 20–25 l/min (40–50 ft³/h).
Betrieb
GMAW-Schweißbereich. (1) Fahrtrichtung, (zwei) Kontaktrohr, (3) Elektrode, (4) Schutzgas, (5) Geschmolzenes Schweißgut, (6) Erstarrtes Schweißgut, (7) Werkstück.In den meisten seiner Anwendungen ist das Metall-Schutzgasschweißen ein relativ einfach zu erlernender Schweißprozess, der nicht länger als einige Tage erfordert, um die grundlegende Schweißtechnik zu beherrschen. Auch wenn das Schweißen von gut ausgebildeten Bedienern durchgeführt wird, kann die Schweißqualität jedoch schwanken, da sie von einer Reihe externer Faktoren abhängt. Und alles GMAW ist gefährlich, wenn auch vielleicht weniger als einige andere Schweißverfahren, wie z Lichtbogenschweißung .
Technik
Die Grundtechnik für MSG ist recht einfach, da die Elektrode automatisch durch den Brenner geführt wird. Im Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen , muss der Schweißer in der einen Hand einen Schweißbrenner und in der anderen einen separaten Fülldraht handhaben, und beim Lichtbogenschweißen mit abgeschirmtem Metall muss der Bediener häufig Schlacke abplatzen und Schweißelektroden wechseln. GMAW hingegen erfordert nur, dass der Bediener die Schweißpistole mit der richtigen Position und Ausrichtung entlang des zu schweißenden Bereichs führt. Halten Sie einen konstanten Abstand zwischen Kontaktspitze und Werkstück (der abstehen Abstand) ist wichtig, da ein langer Stickout-Abstand zu einer Überhitzung der Elektrode führen kann und außerdem Schutzgas verschwendet wird. Die Ausrichtung der Pistole ist ebenfalls wichtig – sie sollte so gehalten werden, dass sie den Winkel zwischen den Werkstücken halbiert; das heißt bei 45 Grad für eine Kehlnaht und 90 Grad für das Schweißen einer flachen Oberfläche. Der Bewegungswinkel oder Führungswinkel ist der Winkel des Brenners in Bezug auf die Bewegungsrichtung und sollte im Allgemeinen ungefähr vertikal bleiben. Allerdings ändert sich der gewünschte Winkel je nach Art des verwendeten Schutzgases etwas – bei reinen Schutzgasen steht der untere Teil des Brenners oft leicht vor dem oberen Teil, während es bei Kohlendioxid als Schweißatmosphäre umgekehrt ist.
Qualität
Zwei der am weitesten verbreiteten Qualitätsprobleme beim GMAW sind Krätze und Porosität. Wenn sie nicht kontrolliert werden, können sie zu schwächeren, weniger duktilen Schweißnähten führen. Krätze ist ein besonders häufiges Problem bei MSG-Schweißnähten mit Aluminium, das normalerweise von Partikeln aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid herrührt, die in der Elektrode oder den Grundmaterialien vorhanden sind. Elektroden und Werkstücke müssen mit einer Drahtbürste gebürstet oder chemisch behandelt werden, um Oxide auf der Oberfläche zu entfernen. Jeder Sauerstoff, der mit dem Schweißbad in Kontakt kommt, sei es aus der Atmosphäre oder dem Schutzgas, verursacht ebenfalls Krätze. Daher ist eine ausreichende Strömung von inerten Schutzgasen erforderlich, und das Schweißen in flüchtiger Luft sollte vermieden werden.
Beim GMAW ist die Hauptursache für Porosität der Gaseinschluss im Schweißbad, der auftritt, wenn das Metall erstarrt, bevor das Gas entweicht. Das Gas kann von Verunreinigungen im Schutzgas oder auf dem Werkstück sowie von einem zu langen oder heftigen Lichtbogen stammen. Im Allgemeinen steht die eingeschlossene Gasmenge in direktem Zusammenhang mit der Abkühlgeschwindigkeit des Schweißbades. Aluminiumschweißnähte sind aufgrund ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit besonders anfällig für höhere Abkühlraten und damit zusätzliche Porosität. Um ihn zu reduzieren, sollten das Werkstück und die Elektrode sauber sein, die Schweißgeschwindigkeit verringert und der Strom hoch genug eingestellt werden, um einen ausreichenden Wärmeeintrag und eine stabile Metallübertragung zu gewährleisten, aber niedrig genug, dass der Lichtbogen stabil bleibt. Das Vorwärmen kann in einigen Fällen auch dazu beitragen, die Abkühlgeschwindigkeit zu reduzieren, indem der Temperaturgradient zwischen dem Schweißbereich und dem Grundmaterial verringert wird.
Sicherheit
Metallschutzgasschweißen kann gefährlich sein, wenn keine geeigneten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Da GMAW einen elektrischen Lichtbogen verwendet, tragen Schweißer Schutzkleidung, einschließlich dicker Lederhandschuhe und langärmliger Schutzjacken, um extreme Hitze und Flammen zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Helligkeit des Lichtbogens Lichtbogenaugen verursachen, in denen ultraviolettes Licht verursacht die Entzündung der Hornhaut und kann das verbrennen Netzhäute der Augen. Helme mit dunklen Gesichtsplatten werden getragen, um diese Exposition zu verhindern, und in den letzten Jahren wurden neue Helmmodelle hergestellt, die über a verfügen Flüssigkristall -Frontplatte, die sich selbst verdunkelt, wenn sie hohen Mengen an UV-Licht ausgesetzt wird. Transparente Schweißvorhänge aus Polyvinylchlorid-Kunststofffolie werden häufig verwendet, um Arbeiter und Umstehende in der Nähe vor der Einwirkung des UV-Lichts des elektrischen Lichtbogens zu schützen.
Schweißer sind auch oft gefährlichen Gasen und Feinstaub ausgesetzt. GMAW erzeugt Rauch, der Partikel verschiedener Arten von Oxiden enthält, und die Größe der betreffenden Partikel beeinflusst tendenziell die Toxizität der Dämpfe, wobei kleinere Partikel eine größere Gefahr darstellen. Zusätzlich, Kohlendioxid und Ozon Gase können sich als gefährlich erweisen, wenn die Belüftung unzureichend ist. Da die Verwendung von komprimierten Gasen beim GMAW ein Explosions- und Brandrisiko darstellt, umfassen einige gängige Vorsichtsmaßnahmen außerdem die Begrenzung der Sauerstoffmenge in der Luft und das Fernhalten brennbarer Materialien vom Arbeitsplatz.
Metallübertragungsmodi
Kugelförmig
GMAW mit kugelförmiger Metallübertragung wird oft als die unerwünschtste der vier großen GMAW-Variationen angesehen, da es dazu neigt, hohe Hitze, eine schlechte Schweißoberfläche und Spritzer zu erzeugen. Das Verfahren wurde ursprünglich als kosteneffiziente Methode zum Schweißen von Stahl mit GMAW entwickelt, da bei dieser Variante Kohlendioxid verwendet wird, ein weniger teures Schutzgas als Argon. Zu seinem wirtschaftlichen Vorteil trug auch seine hohe Abschmelzleistung bei, die Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 110 mm/s (250 Zoll/min) ermöglichte. Wenn die Schweißnaht hergestellt wird, neigt eine Kugel aus geschmolzenem Metall von der Elektrode dazu, sich am Ende der Elektrode aufzubauen, oft in unregelmäßigen Formen mit einem größeren Durchmesser als die Elektrode selbst. Wenn sich der Tropfen schließlich entweder durch Schwerkraft oder Kurzschluss löst, fällt er auf das Werkstück, hinterlässt eine unebene Oberfläche und verursacht häufig Spritzer. Aufgrund des großen Schmelztropfens ist der Prozess im Allgemeinen auf flache und horizontale Schweißpositionen beschränkt. Die hohe erzeugte Wärmemenge ist auch ein Nachteil, da sie den Schweißer zwingt, einen größeren Elektrodendraht zu verwenden, das Schweißbad vergrößert und größere Eigenspannungen und Verformungen im Schweißbereich verursacht.
Kurzschließen
Weiterentwicklungen beim Schweißen von Stahl mit GMAW führten zu einer Variante, die als Kurzschluss- oder Kurzlichtbogen-GMAW bekannt ist, bei der Kohlendioxid die Schweißnaht abschirmt, der Elektrodendraht kleiner ist und der Strom niedriger ist als beim Kugelverfahren. Durch den geringeren Strom wird der Wärmeeintrag für die Kurzlichtbogenvariante reduziert, was das Schweißen dünnerer Materialien ermöglicht und gleichzeitig den Verzug und die Eigenspannung im Schweißbereich verringert. Wie beim Kugelschweißen bilden sich an der Elektrodenspitze geschmolzene Tropfen, die jedoch nicht in das Schmelzbad tropfen, sondern durch die höhere Drahtvorschubgeschwindigkeit den Spalt zwischen Elektrode und Schmelzbad überbrücken. Dies verursacht einen Kurzschluss und löscht den Lichtbogen, aber er wird schnell wieder gezündet, nachdem die Oberflächenspannung des Schweißbades die geschmolzene Metallperle von der Elektrodenspitze gezogen hat. Dieser Vorgang wiederholt sich etwa 100 Mal pro Sekunde, wodurch der Lichtbogen für das menschliche Auge konstant erscheint. Diese Art der Metallübertragung bietet eine bessere Schweißqualität und weniger Spritzer als die globuläre Variante und ermöglicht das Schweißen in allen Positionen, aber im Allgemeinen ist der Prozess viel langsamer als das globuläre GMAW. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten, da dies vom Erreichen einer konstanten und hohen Kurzschlussfrequenz abhängt, was nur mit einer guten Stromquelle, geeigneten Schweißbedingungen und erheblichen Schweißkenntnissen erreicht werden kann. Wie die kugelförmige Variante kann es nur auf Eisenmetallen verwendet werden.
Sprühen
Sprühübertragung GMAW war das erste Metallübertragungsverfahren, das in GMAW verwendet wurde, am besten geeignet zum Schweißen von Aluminium und Edelstahl, wobei ein inertes Schutzgas und eine relativ dicke Elektrode verwendet wurden. Bei dieser Variante werden geschmolzene Metalltröpfchen (mit Durchmessern kleiner als der Elektrodendurchmesser) entlang des stabilen Lichtbogens schnell von der Elektrode zum Werkstück geleitet, wodurch Spritzer im Wesentlichen eliminiert und eine hochwertige Schweißnahtoberfläche erzielt werden. Allerdings sind hohe Spannungen und Ströme erforderlich, was zu einem hohen Wärmeeintrag und einer großen Schweißfläche und Wärmeeinflusszone führt. Daher wird es im Allgemeinen nur bei Werkstücken mit einer Dicke von über etwa 6 mm (0,25 Zoll) verwendet. Aufgrund des großen Schweißbades ist es oft auf flache und horizontale Schweißpositionen beschränkt, aber wenn eine kleinere Elektrode in Verbindung mit einem geringeren Wärmeeintrag verwendet wird, erhöht sich seine Vielseitigkeit. Die maximale Auftragsrate beim Sprühlichtbogen-GMAW ist relativ hoch; etwa 60 mm/s (150 Zoll/min).
Gepulster Strahl
Ein kürzlich entwickeltes Verfahren, der Puls-Sprüh-Metalltransfermodus, basiert auf den Prinzipien des Sprühtransfers, verwendet jedoch einen pulsierenden Strom, um den Fülldraht zu schmelzen und ein kleines geschmolzenes Tröpfchen mit jedem Puls fallen zu lassen. Die Pulse ermöglichen einen niedrigeren Durchschnittsstrom, was die Gesamtwärmezufuhr verringert und dadurch die Größe des Schweißbades und der Wärmeeinflusszone verringert, während es möglich wird, dünne Werkstücke zu schweißen. Der Impuls sorgt für einen stabilen Lichtbogen und keine Spritzer, da kein Kurzschluss stattfindet. Dadurch ist das Verfahren auch für nahezu alle Metalle geeignet und es können auch dickere Elektrodendrähte verwendet werden. Das kleinere Schmelzbad verleiht der Variante eine größere Vielseitigkeit, sodass in allen Positionen geschweißt werden kann. Im Vergleich zum Kurzlichtbogen-GMAW hat dieses Verfahren eine etwas langsamere Höchstgeschwindigkeit (85 mm/s oder 200 in/min [Diese Zahlen scheinen falsch zu sein, da die für das Spritzen angegebenen Zahlen niedriger sind und zitiert werden und diese nicht zitiert werden. Bitte korrigieren ]), und das Verfahren erfordert auch, dass das Schutzgas hauptsächlich Argon mit einer niedrigen Kohlendioxidkonzentration ist. Außerdem ist eine spezielle Stromquelle erforderlich, die Stromimpulse mit einer Frequenz zwischen 30 und 400 Impulsen pro Sekunde liefern kann. Das Verfahren hat jedoch an Popularität gewonnen, da es einen geringeren Wärmeeintrag erfordert und zum Schweißen dünner Werkstücke sowie von Nichteisenmaterialien verwendet werden kann.
