Metalltransfer in GMAW
Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie mehr über den Prozess des Metalltransfers beim Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW).
Die aufeinanderfolgenden Modi des Metalltransfers, die mit zunehmendem Strom in GMAW ablaufen, sind in Abb. 6.7 dargestellt. Bei Elektroden mit einem Durchmesser von 1, 6 mm und darunter dominiert der Pinch-Effekt für Ströme bis etwa 200 A. Die Stufe zwischen Kugel- und Sprühmodus wird durch die anfängliche Beschleunigung des Tröpfchens unterschieden. Wenn diese Beschleunigung unter der der Schwerkraft liegt, wird sie kugelförmig übertragen, andernfalls wird sie übertragen.
Bei Elektrodendraht mit 1, 2 mm Durchmesser führt der Schweißstrom über 200 A zur Bildung von Tropfen an der Spitze eines konischen Bereichs. Der Kegel erreicht einen quasistationären Zustand, wobei das flüssige Metall in die Basis des Kegels fließt und an seiner Spitze herausfließt. Es wurde experimentell gezeigt, dass bei einer Stahlelektrode mit einem Durchmesser von 1, 2 mm die Stiftspitze für einen Strom gebildet wird, der höher ist als der Strom, bei dem die Elektrodenspitze vollständig von der sichtbaren Lichtbogenwurzel erfasst wird.
Die geometrische Form des Tropfens an der Elektrodenspitze hängt unter anderem von der Elektrodenpolarität ab. In der Regel ist die positive Elektrode die für GMAW verwendete Polarität. Bei dieser Polarität bildet sich der Anodenfleck fast symmetrisch um die Elektrodenspitze, wie in Abb. 6.8 gezeigt, und die Form des abfallenden oder geschmolzenen Bereichs an der Elektrodenspitze ist entsprechend achsensymmetrisch.
Abb. 6.8 Konfigurationen von Elektrodendraht, Tropfen und Lichtbogen für GMAW mit positiver Elektrode (Vergrößerung 9.64): Strom 220 A
Bestimmte handelsübliche GMAW-Stahldrähte werden jedoch angemessen behandelt und können daher mit einem Elektroden-Negativ verwendet werden. Bei hohen Strömen wandert der Kathodenfleck symmetrisch über den unteren Teil der Elektrode und erzeugt eine Streaming-Übertragung. Bei niedrigeren Strömen verhält sich der Kathodenfleck immer noch symmetrisch, jedoch schmilzt nur die Elektrodenspitze und das Metall fällt ab.
Die meisten der obigen Ausführungen beziehen sich auf GMAW aus Volldraht. Hochgeschwindigkeitsfilme für die Metallübertragung beim Schweißen mit Fülldrahtlichtbogen weisen jedoch darauf hin, dass die Art der Übertragung je nach Flussmittel variiert. Beispielsweise tritt bei einem Rutilflusskern eine feine sprühähnliche Übertragung auf, wohingegen bei einem Basisflusskern die Übertragung in relativ großen Tröpfchen erfolgt, die sich asymmetrisch bilden.
Das Flussmittel scheint teilweise als festes Material zu übertragen, das beim Überführen in das Schweißbad vermutlich schmilzt. Insgesamt scheint es, wie bei SMAW, der dominierende Faktor sowohl für die Metallübertragung als auch für die Tropfenübertragungsfrequenz die Zusammensetzung des Flusses zu sein.
Die Einführung von pulsiertem GMAW in den 1960er Jahren bot die Möglichkeit, eine Sprühübertragung bei niedrigeren mittleren Strömen durch Einführen von Stromimpulsen zum Ablösen von Tröpfchen in kontrollierten Intervallen gegen einen niedrigeren Hintergrundstrom zu erhalten, der den Lichtbogen aufrechterhielt und die Bildung geschmolzener Tropfen ermöglichte. Dadurch ist es möglich, die Spritzübertragung für dünnere Materialien und auch in verschiedenen Schweißpositionen zu verwenden.
Wie bei der Metallübertragung in konstantem GMAW kann es in gepulstem GMAW auch in Projektions- oder Tropfenspray und Strahlenspray klassifiziert werden. Alle Merkmale der beiden Übertragungsvorgänge sind sowohl für Konstantstrom als auch für gepulsten GMAW gleich. Das erste Tröpfchen, das beim Impulsstromschweißen übertragen wird, befindet sich im Tropfenspritzmodus, aber nachfolgende Tröpfchen, die während desselben Stromimpulses übertragen werden, befinden sich im Strömungssprühmodus.
Die Zeit für die Bildung und Ablösung eines Tröpfchens ist umgekehrt proportional zur Größe des Spitzenstroms, jedoch unabhängig von seiner Dauer. Sobald der Einhalsvorgang eingeleitet ist, löst sich das Tröpfchen nach einer bestimmten Zeit, die für den Drahtdurchmesser und den Spitzenstrom charakteristisch ist, und ist unabhängig von dem aktuellen Pegel zum Zeitpunkt seiner Ablösung.
