Zur Erstellung von Eigenschafts- und Bewertungsprofilen für den schweißtechnischen Einsatz von Wolframelektroden wurden unterschiedlich dotierte Wolframelektroden untersucht. Von den Wolframelektroden wurden WT20, WC20, WL15/WL20 und WS2 aus europäischer und asiatischer Produktion für schweißtechnische Untersuchungen eingesetzt. Die Eigenschaften der Elektroden wurden in Dauerzündversuchen und Dauerschweißversuchen ermittelt. Die Dauerschweißversuche erfolgten unter den Schutzgasen Argon, Helium-Argon 70/30 und Argon-Wasserstoff 95/5. Um eine Beeinflussung der Wolframelektroden durch eine flüssige Metallschmelze auszuschließen wurde der Lichtbogen auf eine wassergekühlte Kupfervorrichtung mit einer HF-Zündung einer analogen Stromquelle gezündet.

In den Dauerzündversuchen wurden die Wolframelektroden permanent gezündet bis zu 500 Zündungen und der Schweißstrom und die Schweißspannung aufgezeichnet und ausgewertet. Aus dem Verlauf- und der Streuweite der Spannung kann man auf die Zündfähigkeit der Wolframelektroden schließen. Weiterhin können fehlerhafte Zündungen erkannt und die Elektroden bewertet werden. Von den untersuchten Wolframelektroden zündeten alle Elektroden im Dauerzündversuch fehlerfrei. Aufgrund der aufgezeichneten maximalen und minimalen Spannung kann eine Unterscheidung der Elektroden erfolgen, denn je geringer der Spannungsunterschied während der Zündversuche ist, desto gleichmäßiger wird der Lichtbogen gezündet. Die WT- und WL-Elektroden zeigten eindeutig größere Spannungsunterschiede als WC-Elektroden, so dass den WC-Elektroden die bessere Zündfähigkeit zugeschrieben wird. Es kann weiterhin die Aussage getroffen werden, dass die Spitzen der WT-Elektroden beim Zünden anschmelzen und die Spitzen der WC- und WL-Elektroden nicht, wodurch sie weniger verschleißen.

In den Dauerschweißversuchen wurden die Elektroden durch einen ständig wiederholten Dauerstrom einer Verschleißbeanspruchung ausgesetzt und durch Zündversuche wurde die Zündfähigkeit getestet. Die Dauerschweißversuche mit den Wolframelektroden (Ø=2,4mm) beinhalteten eine Beanspruchung von insgesamt 250 Minuten Dauerstrom bei 200A und 500 Zündversuche mit 200A. Unter dem Schutzgas Argon zündeten alle Elektroden fehlerfrei. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Elektrodenspitzen der WT-Elektroden nach ca. 50 bis 100 Minuten anschmelzen und die Spitzen der WL- und WS-Elektroden nicht anschmelzen. Die WC-Elektroden zeigten keine einheitliche Tendenz, da nur eine Teilmenge der Elektroden Anschmelzungen an den Elektrodenspitzen aufwies. Die Auswertung der Spannungsverläufe ließ keine eindeutige Bewertung der Elektroden zu, da keine einheitliche Tendenz in Bezug zu den Elektrodensorten zu erkennen war. Aufgrund der Anschmelzungen bei den WT- und teilweise den WC-Elektroden können die WL- und die WS-Elektroden als verschleißbeständiger eingestuft werden.

Unter dem Schutzgas Helium-Argon 70/30 zündeten alle Elektroden ebenfalls fehlerfrei. Bei keiner der Elektroden kommt es zu einer Anschmelzung der Elektrodenspitze und der Verschleiß an den Elektroden ist geringer als unter Argon. Die Auswertung der Schweißspannungen ließ keine Tendenz zu den Elektroden erkennen, so dass keine Bewertung vorgenommen wurde.

Die Dauerschweißversuche unter dem Schutzgas Argon-Wasserstoff 95/5 führten zu fehlerhaften Zündungen infolge von Zündaussetzern oder zeitlich verzögerten Zündungen bei WT-, WC-und WS-Elektroden. Nur die WL-Elektroden zündeten alle fehlerfrei. Unter Dauerbelastung neigen die WT-Elektroden zu Zündaussetzern nach ca. 30 Minuten, die WC-Elektroden nach ca. 85 Minuten und die WS-Elektroden nach ca. 125 Minuten. Keine der Elektroden zeigte unter Argon-Wasserstoff 95/5 Anschmelzungen an der Elektrodenspitze. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich bei WC- und WL-Elektroden während der Dauerbelastung die Elektrodenspitzen abfallen und sich bei weiterer Beanspruchung eine neue Spitze ausbildet. Die neu gebildete Spitze ist außerordentlich spröde und bricht unter geringer mechanischer Belastung ab. Eine Erklärung für die Neubildung einer Wolframspitze konnte nicht gefunden werden und gibt Anlass zu weiteren Forschungsaktivitäten. Als Ergebnis aus den Versuchen kann man erkennen, dass die WL-Elektroden unter Argon-Wasserstoff 95/5 besser geeignet sind als WT-, WC- oder WS-Elektroden.

Die Untersuchungen wurden aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto-von-Guericke“ e. V. (AiF) (AiF-Nr.: 15.231 N/DVS-Nr.: 03.080) gefördert und von der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS unterstützt.

Für diese Unterstützung sei gedankt.

Den vollständigen Abschlußbericht können Sie in gedruckter Form bei der SLV Duisburg bestellen.