Richtlinien für Wolframelektroden: Ein Update

Jul 07, 2023

Die Auswahl und Vorbereitung einer Wolframelektrode für GTAW ist entscheidend für die Optimierung der Ergebnisse und die Vermeidung von Verunreinigungen und Nacharbeiten. Getty Images

Wolfram ist ein seltenes metallisches Element, das zur Herstellung von Elektroden für das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) verwendet wird. Das GTAW-Verfahren beruht auf der Härte und Hochtemperaturbeständigkeit von Wolfram, um den Schweißstrom zum Lichtbogen zu leiten. Wolfram hat mit 3.410 Grad Celsius den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle.

Diese nicht verbrauchbaren Elektroden sind in verschiedenen Größen und Längen erhältlich und bestehen entweder aus reinem Wolfram oder einer Legierung aus Wolfram und anderen Seltenerdelementen und Oxiden. Die Auswahl einer Elektrode für GTAW hängt von der Art und Dicke des Grundmaterials ab und davon, ob mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) geschweißt wird. Welche der drei Endpräparationen Sie wählen: geballt, spitz oder stumpf, ist ebenfalls entscheidend für die Optimierung der Ergebnisse und die Vermeidung von Kontaminationen und Nacharbeiten.

Jede Elektrode ist farblich gekennzeichnet, um Verwirrung hinsichtlich ihres Typs zu vermeiden. Die Farbe erscheint an der Spitze der Elektrode.

Reine Wolframelektroden (AWS-Klassifizierung EWP) enthalten 99,50 % Wolfram, haben von allen Elektroden den höchsten Verbrauch und sind in der Regel günstiger als ihre legierten Gegenstücke.

Diese Elektroden bilden beim Erhitzen eine saubere, kugelförmige Spitze und sorgen für eine hohe Lichtbogenstabilität beim Wechselstromschweißen mit einer ausgeglichenen Welle. Reines Wolfram bietet außerdem eine gute Lichtbogenstabilität beim Wechselstrom-Sinuswellenschweißen, insbesondere bei Aluminium und Magnesium. Es wird normalerweise nicht zum Gleichstromschweißen verwendet, da es nicht die starken Lichtbogenzündungen liefert, die mit thorhaltigen oder cerhaltigen Elektroden verbunden sind. Reines Wolfram wird für Inverter-Maschinen nicht empfohlen; Um optimale Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie eine geschärfte Cer- oder Lanthan-Elektrode.

Thoriumhaltige Wolframelektroden (AWS-Klassifikationen EWTh-1 und EWTh-2) enthalten mindestens 97,30 % Wolfram und 0,8 % bis 2,20 % Thorium und sind in zwei Typen erhältlich: EWTh-1 und EWTh-2, enthaltend 1 % und 2 %, jeweils. Sie sind häufig verwendete Elektroden und werden aufgrund ihrer Langlebigkeit und Benutzerfreundlichkeit bevorzugt. Thorium erhöht die Elektronenemissionseigenschaften der Elektrode, was die Lichtbogenstarts verbessert und eine höhere Stromtragfähigkeit ermöglicht. Diese Elektrode arbeitet weit unterhalb ihrer Schmelztemperatur, was zu einem erheblich geringeren Verbrauch führt und das Wandern des Lichtbogens eliminiert, was zu größerer Stabilität führt. Im Vergleich zu anderen Elektroden lagern sich bei thorhaltigen Elektroden weniger Wolfram in der Schweißpfütze ab, sodass sie weniger Schweißverunreinigungen verursachen.

Diese Elektroden werden hauptsächlich zum Gleichstrom-Elektroden-Negativschweißen (DCEN) auf Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Nickel und Titan sowie für einige spezielle Wechselstromschweißungen (z. B. dünne Aluminiumanwendungen) verwendet.

Während der Herstellung wird Thorium gleichmäßig in der Elektrode verteilt, wodurch das Wolfram nach dem Schleifen seine geschärfte Kante behält – die ideale Elektrodenform zum Schweißen von dünnem Stahl. Hinweis: Thorium ist radioaktiv, daher müssen Sie bei seiner Verwendung stets die Warnhinweise und Anweisungen des Herstellers sowie das Sicherheitsdatenblatt (MSDS) befolgen.

Cerierte Wolframelektroden (AWS-Klassifizierung EWCe-2) enthalten mindestens 97,30 % Wolfram und 1,80 % bis 2,20 % Cer und werden als 2 % cerisiert bezeichnet. Diese Elektroden erzielen beim Gleichstromschweißen bei niedrigen Stromeinstellungen die beste Leistung, können jedoch auch bei Wechselstromprozessen effizient eingesetzt werden. Aufgrund seiner hervorragenden Lichtbogenzündung bei niedrigen Stromstärken ist Cer-Wolfram in Anwendungen wie der Herstellung von Orbitalrohren und Rohren, bei der Bearbeitung dünner Bleche und bei Arbeiten mit kleinen und empfindlichen Teilen beliebt geworden. Wie Thorium eignet es sich am besten zum Schweißen von Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Nickellegierungen und Titan und kann in einigen Fällen 2 % thorierte Elektroden ersetzen. Cerhaltiges Wolfram hat etwas andere elektrische Eigenschaften als Thorium, aber die meisten Schweißer können den Unterschied nicht erkennen.

Die Verwendung von Cer-Elektroden bei höheren Stromstärken wird nicht empfohlen, da höhere Stromstärken dazu führen, dass die Oxide schnell zur Hitze an der Spitze wandern, wodurch der Oxidgehalt entfernt wird und die Prozessvorteile zunichte gemacht werden.

Verwenden Sie für Inverter-Wechselstrom- und Gleichstromschweißprozesse eine spitze und/oder stumpfe Spitze (für reines Wolfram, Cer-, Lanthan- und Thorium-Typen).

Lanthanhaltige Wolframelektroden (AWS-Klassifizierungen EWLa-1, EWLa-1.5 und EWLa-2) enthalten mindestens 97,30 % Wolfram und 0,8 % bis 2,20 % Lanthan oder Lanthan und sind als EWLa-1, EWLa-1.5 und bekannt EWLa-2 lanthanisiert. Diese Elektroden verfügen über eine hervorragende Lichtbogenzündung, eine niedrige Abbrandgeschwindigkeit, eine gute Lichtbogenstabilität und hervorragende Wiederzündungseigenschaften – viele der gleichen Vorteile wie Cer-Elektroden. Lanthanhaltige Elektroden haben auch die gleichen Leitfähigkeitseigenschaften wie 2 % thoriertes Wolfram. In einigen Fällen kann thoriertes Wolfram durch lanthanhaltiges Wolfram ersetzt werden, ohne dass wesentliche Änderungen am Schweißprogramm erforderlich sind.

Lanthanhaltige Wolframelektroden sind ideal, wenn Sie Ihre Schweißfähigkeiten optimieren möchten. Sie funktionieren gut mit Wechselstrom oder DCEN mit einem spitzen Ende, oder sie können zur Verwendung mit Wechselstrom-Sinuswellen-Stromquellen geballt sein. Mit Lanthan versetztes Wolfram behält seine scharfe Spitze gut bei, was beim Schweißen von Stahl und Edelstahl mit Gleich- oder Wechselstrom aus Rechteckwellen-Stromquellen von Vorteil ist.

Im Gegensatz zu thorhaltigen Wolframelektroden sind diese Elektroden für das Wechselstromschweißen geeignet und ermöglichen wie cerhaltige Elektroden das Starten und Aufrechterhalten des Lichtbogens bei niedrigeren Spannungen. Im Vergleich zu reinem Wolfram erhöht der Zusatz von Lanthan die maximale Stromtragfähigkeit bei gegebener Elektrodengröße um etwa 50 %.

Zirkonhaltige Wolframelektroden (AWS-Klassifizierung EWZr-1) enthalten mindestens 99,10 % Wolfram und 0,15 % bis 0,40 % Zirkonium. Eine zirkonhaltige Wolframelektrode erzeugt einen äußerst stabilen Lichtbogen und verhindert Wolframspritzer. Es eignet sich ideal zum Wechselstromschweißen, da es eine kugelförmige Spitze behält und eine hohe Beständigkeit gegen Verschmutzung aufweist. Seine Stromtragfähigkeit ist gleich oder größer als die von thoriertem Wolfram. Für das Gleichstromschweißen wird Zirkonoxid unter keinen Umständen empfohlen.

Seltenerd-Wolfram-Elektroden (AWS-Klassifizierung EWG) enthalten nicht spezifizierte Zusatzstoffe von Seltenerdoxiden oder Hybridkombinationen verschiedener Oxide, die Hersteller sind jedoch verpflichtet, jeden Zusatzstoff und seinen Anteil auf der Verpackung anzugeben. Abhängig von den Zusatzstoffen können zu den gewünschten Ergebnissen ein stabiler Lichtbogen sowohl bei Wechselstrom- als auch bei Gleichstromprozessen, eine längere Lebensdauer als thoriertes Wolfram, die Möglichkeit, eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser für die gleiche Aufgabe zu verwenden, und die Verwendung eines höheren Stroms für eine Elektrode ähnlicher Größe gehören und weniger Wolfram-Spucken.

Nach der Auswahl eines Elektrodentyps erfolgt im nächsten Schritt die Auswahl einer Endpräparation. Die drei Optionen sind geballt, spitz und abgeschnitten.

Eine kugelförmige Spitze wird im Allgemeinen bei reinen Wolfram- und Zirkonelektroden verwendet und wird für die Verwendung mit dem Wechselstromverfahren auf Sinuswellen- und herkömmlichen Rechteckwellen-GTAW-Maschinen empfohlen. Um das Ende des Wolframs richtig zu kugeln, wenden Sie einfach die für einen bestimmten Elektrodendurchmesser empfohlene Wechselstromstärke an (sieheAbbildung 1), und am Ende der Elektrode bildet sich eine Kugel.

Der Durchmesser des kugelförmigen Endes sollte das 1,5-fache des Durchmessers der Elektrode nicht überschreiten (z. B. sollte eine 1/8-Zoll-Elektrode ein Ende mit einem Durchmesser von 3/16 Zoll bilden). Eine größere Kugel an der Spitze der Elektrode kann die Lichtbogenstabilität verringern. Es kann auch abfallen und die Schweißnaht verunreinigen.

Für Inverter-Wechselstrom- und Gleichstromschweißprozesse sollte eine spitze und/oder stumpfe Spitze (für reines Wolfram, Cer-, Lanthan- und Thorium-Typen) verwendet werden.

Um das Wolfram richtig zu schleifen, verwenden Sie eine speziell für das Wolframschleifen vorgesehene Schleifscheibe (um Verunreinigungen zu vermeiden) und eine aus Borazon oder Diamant (um der Härte von Wolfram standzuhalten). Hinweis: Wenn Sie thoriertes Wolfram schleifen, stellen Sie sicher, dass Sie den Staub kontrollieren und auffangen; über ein ausreichendes Belüftungssystem an der Schleifstation verfügen; und befolgen Sie die Warnungen, Anweisungen und Sicherheitsdatenblätter des Herstellers.

Schleifen Sie das Wolfram gerade auf der Scheibe statt in einem 90-Grad-Winkel (sieheFigur 2 ), um sicherzustellen, dass die Schleifspuren über die gesamte Länge der Elektrode verlaufen. Dadurch wird das Vorhandensein von Graten auf dem Wolfram reduziert, die zu Lichtbogenwanderungen führen oder in der Schweißpfütze schmelzen und Verunreinigungen verursachen könnten.

Im Allgemeinen sollten Sie die Verjüngung des Wolframs auf eine Länge von nicht mehr als dem 2,5-fachen des Elektrodendurchmessers schleifen (bei einer 1/8-Zoll-Elektrode schleifen Sie beispielsweise eine Oberfläche von 1/4 bis 5/16 Zoll). lang). Das Schleifen des Wolframs zu einer Verjüngung erleichtert den Übergang des Lichtbogenstarts und erzeugt einen fokussierteren Lichtbogen für eine bessere Schweißleistung.

Beim Schweißen mit geringem Strom an dünnem Material (von 0,005 bis 0,040 Zoll) ist es am besten, das Wolfram spitz zu schleifen. Eine spitze Spitze ermöglicht die Übertragung des Schweißstroms in einem fokussierten Lichtbogen und verhindert, dass sich dünne Metalle wie Aluminium verziehen. Die Verwendung von spitzem Wolfram für Anwendungen mit höherem Strom wird nicht empfohlen, da der höhere Strom die Spitze des Wolframs wegblasen und eine Verunreinigung der Schweißpfütze verursachen kann.

Für Anwendungen mit höherem Strom ist es am besten, eine abgeschnittene Spitze zu schleifen. Um diese Form zu erreichen, schleifen Sie das Wolfram zunächst zu einer Verjüngung, wie zuvor erläutert, und schleifen Sie dann eine 0,010- bis 0,030-Zoll-Kegelspitze. flaches Land am Ende des Wolframs. Diese flache Fläche verhindert, dass das Wolfram über den Lichtbogen übertragen wird. Es verhindert auch die Bildung einer Kugel.