10.03.2022
Praxistipp
Alles Wichtige über Gasdüsen für MIG/MAG-Brenner
Schweißen mit dem MIG/MAG-Prozess verlangt Schweißern und der Schweißtechnik oft viel, manchmal sogar extrem viel ab. Deshalb muss die Schweißausrüstung hochwertig und robust sein. Das gilt besonders für Schweißbrenner und deren Verschleißteile, die ganz nah am Schweißprozess sind, die höchsten Temperaturen aushalten müssen und die meisten Schweißspritzer abbekommen. Dabei ist nicht zu vergessen, dass Gasdüsen von Schweißern immer wieder gerne zweckentfremdet und als Hammerersatz genutzt werden.
Die Gasdüse sorgt für einen ruhigen Gasstrom, den sie gleichmäßig und laminar in den Prozess führt. Dadurch sichert sie eine gute Schutzgasabdeckung des Schweißbereichs und ermöglicht, die Prozesswärme schnellstmöglich abzuführen. Die Gasdüse sitzt ganz vorne am Brennerkopf und kommt daher in den meisten Fällen als erstes Brenner-Bauteil mit der Prozesswärme und den Schweißspritzern in Berührung. Bei den Lichtbogenprozessen, zu denen der MIG/MAG-Prozess gehört, entstehen durch absichtliche oder unabsichtliche Kurzschlüsse Schweißspritzer. Diese haften vor allem im Inneren der Gasdüse an. Um diese Anhaftungen zu verhindern und die Standzeit der Gasdüse zu verlängern, gibt es für MIG/MAG-Brenner spezielle Gasdüsen mit einer Beschichtung.
Material: Auf welche Eigenschaften es ankommt
Gasdüsen für das MIG- und das MAG-Schweißen sind in der Regel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt. Das Metall ist ein hervorragender Wärmeleiter, robust und sehr gut zu verarbeiten. Die gute Wärmeleitfähigkeit ist bei Gasdüsen wichtig, weil sich die Wärme aus dem Schweißprozess auf die Gasdüse überträgt. Sie muss schnellstmöglich abgeleitet werden, um eine lange Verschleißteil-Standzeit zu sichern. Dabei gilt: Je kühler die Gasdüse ist, desto weniger Probleme verursachen die Spritzer. Sie dringen nicht so tief in den Gasdüsenkörper ein, lassen sich leichter entfernen oder bleiben erst gar nicht haften. Auf diese Weise lässt sich die Gasdüse schneller einfacher reinigen und kann deutlich länger im Einsatz bleiben.
Neben Gasdüsen aus reinem Kupfer oder Messing gibt es auch Gasdüsen mit Spezial-Beschichtungen, zum Beispiel aus Nickel. Eine Nickelbeschichtung funktioniert wie eine Trennschicht, wodurch Schweißspritzer schwerer einbrennen und weniger anhaften. Zudem reflektiert Nickel Wärme, sodass die Gasdüse weniger Wärme aus dem Schweißprozess aufnimmt. Besonders wirksam sind hochglanzvernickelte Gasdüsen, wie sie bei ABIMIG®-Schweißbrennern zum Einsatz kommen.
Schweißspritzer: Anhaftung verhindern
Prozessbedingt lässt sich nicht verhindern, dass sich während des Schweißens Partikel oder Metallspritzer an der Gasdüse festsetzen. Damit die Düse trotzdem einen guten laminaren Gasstrom erzeugen kann, müssen Schweißerinnen und Schweißer sie regelmäßig abreinigen. Dies kann man gut mit einer speziellen Reinigungszange.
Brennen jedoch immer mehr Schweißspritzer fest und lassen sich nicht mehr lösen, muss die Gasdüse ersetzt werden. Wechselt man die Gasdüse nicht und schweißt mit den festgesetzten Partikeln weiter, entstehen Störkonturen in der Strömungsstrecke des Schutzgases. Der Gasfluss ist dann nicht mehr laminar. Bei einer Gasdüse mit Partikelansammlungen staut sich das Gas vor den Hindernissen und verwirbelt hinter ihnen. Dies wiederum kann zu Verunreinigungen des Gases führen, wenn durch eine Verwirbelung Luft aus der Atmosphäre angesaugt wird. In der Folge kommt es zur Oxidation und es bilden sich Poren und schwarze Stellen auf und neben der Schweißnaht.
Damit ist das Beschichtungsmaterial der Gasdüse entscheidend dafür, wie schnell sich Schweißspritzer an und in ihr festsetzen und wie gut das Festbrennen der Spritzer verhindert wird. Unabhängig davon gilt immer: Ein gut eingestellter, weitestgehend spritzerarmer Schweißprozess ist die Basis für eine lange Verschleißteil-Standzeit.
Die Beschichtung der Gasdüse ist eine Möglichkeit, die Gasdüse gegen Festbrenner zu schützen. Weitere Möglichkeiten sind Keramikspray und Anti-Spritzerpaste. Schweißer können die Gasdüse vor dem Schweißen mit einem Keramikspray einsprühen oder in eine Anti-Spritzerpaste eintauchen.
Beides erzeugt eine Schutzschicht auf der Düse und verlangsamt das Einbrennen von Schweißspritzern. Durch Trennsprays entsteht eine Trennschicht auf der Gasdüse, heiße Teilchen haften weniger schnell an und lassen sich leichter abbürsten.
Schraubbare vs. steckbare Gasdüsen
Ob die Gasdüse aufgeschraubt oder aufgesteckt wird, hängt vom Verschleißteilesystem der jeweiligen Typenreihe der Brenner ab. Alle Schweißbrenner der ABIMIG®-Reihe von ABICOR BINZEL haben eine schraubbare Gasdüse. Einzige Ausnahme ist der ABIMIG® 555.
In den Körper dieser schraubbaren Gasdüse ist eine zusätzliche Isoliermasse eingepresst, die die Düse extrem widerstandsfähig und langlebig macht und sie sich dadurch insbesondere für das hochamperige Schweißen eignet.
Brenner der MB-Serie verfügen über steckbare Gasdüsen. Diese werden direkt auf den Brennerkopf, den sogenannten Gasdüsensitz, geschoben. Gesteckte Gasdüsen haben eine größere Anlagefläche zur Wärmeabfuhr als geschraubte Gasdüsen. Zudem besitzen sie einen Haltering, der die Gasdüse auf dem Gasdüsensitz fixiert. Dieser Haltering sorgt dafür, dass die Gasdüse auch dann noch fest sitzt, wenn das Material am Gasdüsensitz durch viele Düsenwechsel bereits leicht abgetragen ist.
Je nach Temperatur der MIG/MAG-Gasdüse zieht sich ihr Material zusammen oder dehnt sich aus. Der Haltering oder eine Haltefeder sorgen dafür, dass die Düse immer sicher auf dem Gasdüsensitz befestigt ist, ganz gleich, welche Temperatur die Düse hat.
Gasdüsenform: Zugänglichkeit und Anforderungen
Die Gasdüsenform sollte für jede Schweißaufgabe individuell ausgewählt werden. Bei manchen Schweißaufgaben ist das Bauteil schwer zugänglich, andere erfordern eine breite Gasabdeckung. Oftmals sind Kompromisslösungen gefragt, die verschiedene Anforderungen gleichzeitig erfüllen müssen.
Die Breite der Gasglocke ist abhängig von der Nennweite (NW) der Gasdüse. Je größer die Nennweite, desto breiter das Gasdüsenende und desto breiter die Gasglocke. ABICOR BINZEL bietet Gasdüsen in den Nennweiten 7 mm (Engspaltset für MB 401/501) bis 21 mm (zylindrische für ABIMIG®) an. Zwischen diesen Typen sind je nach Brennertyp immer noch weitere konische Varianten verfügbar. Für das Schweißen von schlecht zugänglichen Nähten, von Nähten in einem engen Spalt oder von abgewinkelten Nähten wurden sogenannte Engspaltgasdüsen entwickelt. Eine weitere Alternative sind Düsen mit 45 Grad gebogenem vorderen Ende.
Optimale Schutzgasabdeckung hat Vorrang
Die Wahl der falschen Gasdüse kann die Schutzgasabdeckung gefährden. Die folgenden Abbildungen zeigen die Gasströmungen, die die ABICOR BINZEL Schweißexperten mit der sogenannten Schlieren-Interferometrie im ARCLab des Unternehmens aufgenommen haben. Dabei wird mithilfe spezieller Kameras der Gasfluss bei laufendem Schweißprozess visualisiert und analysiert.
Die vier Abbildungen sind Momentaufnahmen und zeigen den Gasfluss und das Fließverhalten an einem flachen Werkstück mit zwei unterschiedlichen Gasdüsenformen. Die Qualität der Gasabdeckung hängt nicht nur von der Form der Gasdüse ab, sondern wird maßgeblich auch vom Gasdurchfluss und der Werkstückgeometrie beeinflusst.
Die tatsächliche Qualität der Schutzgasabdeckung kann im ABICOR BINZEL ARCLab durch eine Messung des Sauerstoffgehalts unterhalb der Gasdüse überprüft werden.
Die Ergebnisse der Sauerstoffmessung zeigen, wie unterschiedlich die Qualität der Schutzgasabdeckung bei den beiden zylindrischen Standard-Gasdüsenformen ist.
Spezialisten für jede Herausforderung
Frei zugängliche Schweißstellen lassen sich gut handeln, aber Stellen mit komplexer Zugänglichkeit stellen Schweißer oft vor besondere Herausforderungen. Durch die Wahl einer passenden Gasdüsenform können diese aber auch bei schwer zugänglichen Bauteilen Nähte in guter Qualität schweißen. Ein Beispiel dafür ist das Schweißen von T-Stößen, bei dem mit wenig Platz und in der Ecke geschweißt werden muss. Bei Werkstoffen wie Edelstahl und Aluminium, die schnell oxidieren, muss die Gasdüse für eine möglichst breite Schutzgasabdeckung sorgen.
Glücklicherweise gibt es für so gut wie jedes Zugänglichkeitsproblem spezielle Gasdüsen:
Konische Gasdüsen
Eine konische Gasdüse verschmälert sich zum vorderen Ende hin. Sie ist beispielsweise ideal zum Schweißen von T-Stößen. Stark konische Gasdüsen ermöglichen besonders viel Spielraum am vorderen Ende und erzeugen dennoch einen ausreichenden Schutzgasstrom.
Zylindrische Gasdüsen
Durch ihre gerade Form ist bei zylindrischen Gasdüsen eine breite Gasabdeckung möglich. Sie eignen sich daher sehr gut für das Schweißen von Aluminium und Edelstahl, wenn die Schweißstellen gut zugänglich sind. Diese Metalle oxidieren aber leicht, wenn die Gasabdeckung nicht ausreicht. Ungewollt entstandene Anlauffarben und andere Oxidationen müssen dann mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand entfernt werden. Im schlimmsten Fall ist das Bauteil kompletter Ausschuss. Eine passende Gasdüse hilft, dies zu vermeiden.
Schwere Gasdüsen
Bei schweren oder „Heavy Duty“ (HD) Gasdüsen wird die Wandung verstärkt. Dadurch eignen sie sich besonders gut für Schweißanwendungen mit großer Wärmeentwicklung, etwa beim Schweißen im hohen Amperebereich oder wenn zur Vermeidung von Rissbildung das Werkstück vorgewärmt wird. Schwere Gasdüsen absorbieren mehr Wärme als herkömmliche Gasdüsen und geben sie schneller wieder ab. Heavy-Duty-Gasdüsen sind für die Brennertypen MB EVO/MB EVO PRO 25, 401, 501 und ABIMIG® W T 540 verfügbar.
Hochleistungsgasdüsen
Die Hochleistungsgasdüse ist für die starke Belastung beim hochamperigen Schweißen entwickelt und bietet für diese Anwendung eine besonders lange Standzeit. Dies wird durch den speziellen Aufbau des Gasdüsenkörpers erreicht. Er enthält eine Isoliermasse, die die Wärmeabgabe in den Gasdüsensitz verhindert, was die Belastbarkeit des Schweißbrenners steigert. Hochleistungsdüsen dieser Art werden bei der Brennerserie ABIMIG® verwendet.
Neben den verschiedenen Standard-Gasdüsen sind eine Reihe von Düsen für ganz spezielle Anforderungen erhältlich. Dazu zählen das Kehlnaht- oder T-Stoß-Schweißen, das Impulsschweißen und das Schweißen mit hohen Stromstärken und hoher Wärmeentwicklung. Für diese Anwendungen stehen Sondergasdüsen zur Verfügung.
Flaschenförmige Gasdüse
Diese Gasdüse läuft in Flaschenform zu. Dadurch erreicht sie auch schwer zugängliche Schweißstellen gut und erlaubt gleichzeitig eine gute Sicht auf das Werkstück. Um eine gute Schweißnaht zu erzielen, sollte die Form der Gasdüse mit der Stromdüse, die die Gasflussmenge ebenfalls beeinflusst, optimal abgestimmt sein, damit sie eine ausreichende Menge an Schutzgas durchlässt.
Abgewinkelte Gasdüse
Die um 45 Grad gebogene Gasdüse ist die erste Wahl für das Schweißen von Kehlnähten oder T-Stößen. Mit dieser Sondergasdüse lässt sich sehr gut in Ecken schweißen, auch wenn man einen geraden Brennerhals benutzt. So kann beispielsweise auch eine Kehlnaht in einem engen Spalt geschweißt werden. Diese Gasdüsenform kann nur mit einem kompletten Verschleißteilesatz inklusive gebogener Stromdüse verwendet werden.
Engspaltgasdüse
Diese Sondergasdüse hat einen besonders schmalen, langen flaschenförmigen Aufbau. Dadurch reicht sie in sehr schmale Spalte. Engspaltgasdüsen werden vor allem beim Dickblechschweißen eingesetzt (30 bis 50 mm Dicke), wenn gleichzeitig eine saubere Wurzel und gute Zwischenlagen gefordert sind. Dies ist etwa beim Schiffbau, Stahlbau, Anlagenbau und allgemein im Dickblechbereich der Fall. Wichtig ist bei der Anwendung das häufige Abreinigen der Engspaltdüsen, da diese sich wegen des geringeren Durchmessers relativ schnell zusetzen.
Extra gekühlte Gasdüse
Diese doppelwandige Gasdüse ist für Anwendungen mit maximaler Schweißleistung und sehr hohen Temperaturen entwickelt. Durch einen eigenen Kühlmittelvor- und Rücklaufanschluss kann sie, unabhängig von der internen Kühlung des Schweißbrenners, durch ein Kühlmedium zusätzlich direkt gekühlt werden. Dadurch überhitzt der Kopf des Schweißbrenners nicht, was beispielsweise bei vorgewärmten Bauteilen vorteilhaft ist.
Unabhängig von der jeweiligen Schweißaufgabe ist die Qualität der Gasdüse immer von großer Bedeutung. Denn nur mit hochwertigen Verschleißteilen lassen sich hochwertige Schweißergebnisse erzielen. Setzt man auf günstige Teile, muss man nicht selten schlecht verarbeitetes Material und reduzierte Wandstärken in Kauf nehmen. Damit führen schlechte Schweißergebnisse dann in der Folge zu Nacharbeiten, Ausschuss oder vermeidbarem Ärger.
Anwendererfahrungen zeigen: Gerade die Sondergasdüsen von ABICOR BINZEL lösen viele Probleme, die im Schweißeralltag auftauchen. Bei Fragen zu besonderen Anwendungen helfen Schweißfachhändler und Hersteller gerne weiter.
(Quelle: Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH & Co. KG)
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