Was sind die Unterschiede zwischen WIG (DC) und WIG (AC)?

Beim Gleichstrom-WIG-Schweißen (DC) fließt der Strom nur in eine Richtung.Im Vergleich zum AC (Wechselstrom) WIG-Schweißen geht der einmal fließende Strom erst nach Beendigung des Schweißens auf Null.Im Allgemeinen sind WIG-Wechselrichter in der Lage, entweder DC- oder AC/DC-Schweißen zu schweißen, wobei nur sehr wenige Maschinen nur mit AC arbeiten.

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Gleichstrom wird zum WIG-Schweißen von Baustahl/Edelstahl verwendet und Wechselstrom wird zum Schweißen von Aluminium verwendet.

Polarität

Beim WIG-Schweißverfahren gibt es je nach Anschlussart drei Optionen für den Schweißstrom.Jede Verbindungsmethode hat sowohl Vor- als auch Nachteile.

Gleichstrom – Elektrode negativ (DCEN)

Dieses Schweißverfahren kann für eine Vielzahl von Materialien verwendet werden.Der WIG-Schweißbrenner wird an den negativen Ausgang des Schweißinverters und das Werkstückrückleitungskabel an den positiven Ausgang angeschlossen.

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Wenn der Lichtbogen entsteht, fließt Strom im Stromkreis und die Wärmeverteilung im Lichtbogen liegt bei etwa 33 % auf der negativen Seite des Lichtbogens (dem Schweißbrenner) und 67 % auf der positiven Seite des Lichtbogens (dem Werkstück).

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Dieses Gleichgewicht sorgt für ein tiefes Eindringen des Lichtbogens in das Werkstück und reduziert die Wärme in der Elektrode.

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Diese reduzierte Wärme in der Elektrode ermöglicht es, dass kleinere Elektroden im Vergleich zu Verbindungen mit anderen Polaritäten mehr Strom führen.Diese Verbindungsmethode wird oft als gerade Polarität bezeichnet und ist die am häufigsten verwendete Verbindung beim Gleichstromschweißen.

Gleichstrom – Elektrode positiv (DCEP)

Beim Schweißen in diesem Modus wird der WIG-Schweißbrenner an den positiven Ausgang des Schweißinverters und das Werkstückrückleitungskabel an den negativen Ausgang angeschlossen.

Wenn der Lichtbogen entsteht, fließt Strom im Stromkreis und die Wärmeverteilung im Lichtbogen liegt zu etwa 33 % auf der negativen Seite des Lichtbogens (dem Werkstück) und zu 67 % auf der positiven Seite des Lichtbogens (dem Schweißbrenner).

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Dies bedeutet, dass die Elektrode der höchsten Hitze ausgesetzt ist und daher viel größer sein muss als im DCEN-Modus, selbst wenn der Strom relativ niedrig ist, um ein Überhitzen oder Schmelzen der Elektrode zu verhindern.Das Werkstück wird dem niedrigeren Wärmeniveau ausgesetzt, sodass der Schweißeinbrand flach ist.

 

Diese Verbindungsmethode wird oft als umgekehrte Polarität bezeichnet.

Auch bei diesem Modus können die Wirkungen magnetischer Kräfte zu Instabilität und einem als Lichtbogenschlag bekannten Phänomen führen, bei dem der Lichtbogen zwischen den zu schweißenden Materialien wandern kann.Dies kann auch im DCEN-Modus passieren, ist aber häufiger im DCEP-Modus.

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Es kann in Frage gestellt werden, welchen Nutzen dieser Modus beim Schweißen hat.Der Grund dafür ist, dass einige Nichteisenmaterialien wie Aluminium bei normalem Kontakt mit der Atmosphäre ein Oxid auf der Oberfläche bilden. Dieses Oxid entsteht durch die Reaktion von Sauerstoff in der Luft und dem Material ähnlich wie Rost auf Stahl.Dieses Oxid ist jedoch sehr hart und hat einen höheren Schmelzpunkt als das eigentliche Grundmaterial und muss daher vor dem Schweißen entfernt werden.

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Das Oxid kann durch Schleifen, Bürsten oder eine chemische Reinigung entfernt werden, aber sobald der Reinigungsprozess aufhört, beginnt sich das Oxid wieder zu bilden.Daher würde es idealerweise während des Schweißens gereinigt werden.Dieser Effekt tritt auf, wenn der Strom im DCEP-Modus fließt, wenn der Elektronenfluss zusammenbricht und das Oxid entfernt.Es könnte daher davon ausgegangen werden, dass DCEP das ideale Verfahren wäre, um diese Materialien mit dieser Art von Oxidbeschichtung zu verschweißen.Da die Elektrode in diesem Modus den hohen Wärmepegeln ausgesetzt ist, müsste die Elektrodengröße leider groß sein, und die Lichtbogendurchdringung wäre gering.

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Die Lösung für diese Art von Materialien wäre der tief eindringende Lichtbogen des DCEN-Modus plus die Reinigung des DCEP-Modus.Um diese Vorteile zu erzielen, wird der AC-Schweißmodus verwendet.

Schweißen mit Wechselstrom (AC).

Beim Schweißen im AC-Modus arbeitet der vom Schweißinverter gelieferte Strom entweder mit positiven und negativen Anteilen oder mit Halbwellen.Dies bedeutet, dass Strom zu unterschiedlichen Zeiten in die eine Richtung und dann in die andere fließt, daher wird der Begriff Wechselstrom verwendet.Die Kombination aus einem positiven Element und einem negativen Element wird als Zyklus bezeichnet.

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Die Häufigkeit, mit der ein Zyklus innerhalb einer Sekunde abgeschlossen wird, wird als Frequenz bezeichnet.In Großbritannien beträgt die Frequenz des vom Stromnetz gelieferten Wechselstroms 50 Hz und wird als 50 Hertz (Hz) bezeichnet.

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Das würde bedeuten, dass sich der Strom 100 Mal pro Sekunde ändert.Die Anzahl der Zyklen pro Sekunde (Frequenz) in einer Standardmaschine wird durch die Netzfrequenz bestimmt, die in Großbritannien 50 Hz beträgt.

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Es ist erwähnenswert, dass mit zunehmender Frequenz die magnetischen Effekte zunehmen und Gegenstände wie Transformatoren immer effizienter werden.Auch eine Erhöhung der Frequenz des Schweißstroms versteift den Lichtbogen, verbessert die Lichtbogenstabilität und führt zu besser kontrollierbaren Schweißbedingungen.
Dies ist jedoch theoretisch, da es beim Schweißen im WIG-Modus andere Einflüsse auf den Lichtbogen gibt.

Die AC-Sinuswelle kann durch die Oxidbeschichtung einiger Materialien beeinflusst werden, die als Gleichrichter wirkt und den Elektronenfluss einschränkt.Dies wird als Lichtbogengleichrichtung bezeichnet und bewirkt, dass die positive Halbwelle abgeschnitten oder verzerrt wird.Die Auswirkung für die Schweißzone sind unregelmäßige Lichtbogenbedingungen, mangelnde Reinigungswirkung und mögliche Wolframschäden.

Bogengleichrichtung der positiven Halbwelle

Wellenformen von Wechselstrom (AC).

Die Sinuswelle

Die Sinuswelle besteht aus dem positiven Element, das sich von Null bis zu seinem Maximum aufbaut, bevor es auf Null zurückfällt (oft als Hügel bezeichnet).

Wenn er Null kreuzt und der Strom die Richtung zu seinem maximalen negativen Wert ändert, bevor er dann auf Null ansteigt (oft als Tal bezeichnet), ist ein Zyklus abgeschlossen.

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Viele der WIG-Schweißgeräte älterer Bauart waren nur Sinuswellenmaschinen.Mit der Entwicklung moderner Schweißinverter mit immer ausgefeilterer Elektronik ging die Entwicklung der Steuerung und Formung der zum Schweißen verwendeten Wechselstromwellenform einher.

Die Rechteckwelle

Mit der Entwicklung von AC/DC-WIG-Schweißinvertern mit mehr Elektronik wurde eine Generation von Rechteckwellenmaschinen entwickelt.Aufgrund dieser elektronischen Steuerung kann der Übergang von positiv nach negativ und umgekehrt fast augenblicklich erfolgen, was aufgrund einer maximal längeren Periode zu einem effektiveren Strom in jeder Halbwelle führt.

 

Die effektive Nutzung der gespeicherten Magnetfeldenergie erzeugt Wellenformen, die nahezu rechteckig sind.Die Steuerung der ersten elektronischen Stromquellen ermöglichte die Steuerung einer „Rechteckwelle“.Das System würde eine Steuerung der positiven (Reinigung) und negativen (Durchdringung) Halbzyklen ermöglichen.

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Der Gleichgewichtszustand wäre gleich + positive und negative Halbzyklen, was einen stabilen Schweißzustand ergibt.

Die dabei auftretenden Probleme bestehen darin, dass, sobald die Reinigung in weniger als der positiven Halbzykluszeit erfolgt ist, ein Teil des positiven Halbzyklus nicht produktiv ist und auch die potenzielle Beschädigung der Elektrode aufgrund von Überhitzung erhöhen kann.Allerdings hätte dieser Maschinentyp auch eine Ausgleichssteuerung, die es erlaubte, die Zeit des positiven Halbzyklus innerhalb der Zykluszeit zu variieren.

 

Maximale Durchdringung

Dies kann erreicht werden, indem die Steuerung in eine Position gebracht wird, die es ermöglicht, mehr Zeit in der negativen Halbwelle in Bezug auf die positive Halbwelle zu verbringen.Dies ermöglicht die Verwendung eines höheren Stroms mit kleineren Elektroden als mehr

der Wärme ist positiv (Arbeit).Die Wärmezunahme führt auch zu einem tieferen Einbrand beim Schweißen bei gleicher Verfahrgeschwindigkeit wie im ausbalancierten Zustand.
Eine reduzierte Wärmeeinflusszone und weniger Verzug durch den schmaleren Lichtbogen.

 

Maximale Reinigung

Dies kann erreicht werden, indem der Regler in eine Position gebracht wird, die es ermöglicht, mehr Zeit in der positiven Halbwelle im Vergleich zur negativen Halbwelle zu verbringen.Dadurch kann ein sehr aktiver Reinigungsstrom verwendet werden.Es sollte beachtet werden, dass es eine optimale Reinigungszeit gibt, nach der keine weitere Reinigung mehr erfolgt und die Gefahr einer Beschädigung der Elektrode größer ist.Die Wirkung auf den Lichtbogen besteht darin, ein breiteres, sauberes Schweißbad mit flachem Einbrand bereitzustellen.