WIG-Schweissen Wolfram-Inertgasschweissen

Dieses Schweissverfahren stammt aus den USA und wurde dort 1936 unter dem Namen Argonarc-Schweissen bekannt. Erst Anfang 1950  begann es sich auch in Europa durchzusetzen. In englischsprachigen Ländern heißt das Verfahren TIG oder auch GTAW. Dabei steht das TIG für Tungsten Inert-Gaswelding und GTAW für Gas Tungsten Arc Welding. In beiden Abkürzungen findet sich das Wort „Tungsten“ wieder, was der englische Begriff für „Wolfram“ bedeutet.

Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweissverfahren durch eine Reihe von Vorteilen aus. In Verbindung mit  dem WIG-Pulsschweissen und WIG-Wechselstromschweissen lässt sich jeder schmelzschweissgeeignete Werkstoff fügen. Beim WIG-Schweissen entstehen praktisch keine Schweissspritzer; die gesundheitliche Belastung durch evtl.  entstehende Schweissrauche ist verhältnismäßig gering. Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweissens ist auch, dass nicht mit einer abschmelzenden Elektrode gearbeitet wird. Die Zugabe von Schweisszusatz und die Stromstärke sind deshalb entkoppelt. Der Schweisser kann so seinen Schweissstrom optimal auf die Schweissaufgabe abstimmen und muss nur so viel Schweisszusatz zugeben, wie in dem Moment gerade erforderlich ist. Dies macht das Verfahren besonders geeignet zum Schweissen von Wurzellagen und zum Schweissen in Zwangslagen.  Durch den verhältnismäßig geringen und kleinräumigen Wärmeeintrag ist der Schweissverzug der Werkstücke geringer als bei anderen Verfahren. Wegen der hohen Schweissnahtgüte wird das WIG-Verfahren bevorzugt dort eingesetzt, wo die Schweissgeschwindigkeiten  gegenüber den Qualitätsanforderungen zurücktreten. Dies sind z.B. Anwendungen im Apparatebau, im Kraftwerksbau oder der chemischen Industrie.

Die WIG-Schweissanlage besteht aus einer Stromquelle, die in den meisten Fällen auf Gleich- oder Wechselstromschweißen geschaltet werden kann und einem Schweissbrenner, der mit der Stromquelle durch ein Schlauchpaket verbunden ist. Im Schlauchpaket befinden sich die Schweissstromleitung, die Schutzgaszuführung, die Steuerleitung und bei größeren Brennern der Zu- und Rücklauf des Kühlwassers.

Es gibt zwei Arten, den Lichtbogen zu zünden, die Kontakt- und die Hochfrequenzzündung.

Bei der historischen Kontaktzündung (Streich- oder Anreißzündung) wird ähnlich dem Elektrodenschweißen die Wolframelektrode kurz – gleich einem Streichholz – am Werkstück angestrichen und somit ein Kurzschluss erzeugt. Nach dem Abheben der Elektrode vom Werkstück brennt der Lichtbogen zwischen Wolframelektrode und Werkstück. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass bei jedem Zünden etwas Material von der Wolframelektrode hängenbleibt, das wegen der höheren Schmelztemperaturen des Wolframs als Fremdkörper im Schmelzbad zurückbleibt. Deshalb wurde häufig eine separate Kupferplatte, auf dem Werkstück liegend, zum Zünden verwendet.

Die Hochfrequenzzündung hat mittlerweile die Streichzündung vollständig ersetzt. Bei der Hochfrequenzzündung wird mit Hilfe eines Hochspannungsimpulsgenerators, der eine hohe Spannung auf die Wolframelektrode gibt, das Gas zwischen Elektrode und Werkstück herausgeschlagen, wodurch der Lichtbogen gezündet wird. Der Hochspannungsimpulsgenerator hat eine ungefährliche Stromstärke.

Eine Variante der Kontaktzündung ist die Lift-Arc-Zündung. Die Elektrode wird dabei direkt an der Schweißstelle auf dem Werkstück aufgesetzt. Es fließt ein geringer Strom, der nicht ausreicht, die Elektrode zu beschädigen. Beim Abheben des Brenners zündet der Plasmalichtbogen und die Elektronik der Schweissmaschine erhöht den Strom auf Schweissstromstärke. Vorteil dieser Methode ist das Vermeiden elektromagnetischer Störungen, die bei der Hochfrequenzzündung auftreten können.

Meist wird zum Schweissen das Edelgas Argon, seltener Helium oder ein Gemisch aus beiden Gasen eingesetzt. Dabei wird das verhältnismäßig teure Helium aufgrund seiner besseren Wärmeleitfähigkeit verwendet, um die Wärmeeinbringung zu erhöhen. Bei nichtrostenden Stählen können geringe Mengen an Wasserstoff im Schutzgas die Viskosität der Schmelze herabsetzen und die Schweissgeschwindigkeit steigern (es handelt sich dabei nicht mehr um ein farb-oder geruchloses, sondern um reduzierendes Gas).

Das Schutzgas wird durch die Gasdüse zur Schweissstelle geleitet. Als Faustregel gilt: Gasdüseninnendurchmesser = 1,5 × Schmelzbadbreite. Die Schutzgasmenge ist unter anderem von Nahtform, Werkstoff, Schweissposition, Schutzgas und Düsendurchmesser abhängig.

Beim WIG-Schweissen kann sowohl mit als auch ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet werden. Zum manuellen Schweissen werden wie beim Gasschmelzschweißen meist stabförmige Zusätze verwendet. Verwechselungen mit den Gasschweissstäben müssen allerdings unbedingt vermieden werden, da die chemischen Zusammensetzungen voneinander abweichen.

Eine Weiterentwicklung an das WIG-Schweissen ist das Schweissen mit pulsierendem  Strom. Dabei pulsiert der Schweissstrom zwischen einem Grund- und Impulsstrom mit variablen Frequenzen, Grund- und Impulsstromhöhen und –breiten. Die Pulsfrequenz, die Impulsbreite und die Impulshöhe sind getrennt voneinander einstellbar. Das WIG-Pulsen mit variablem Stromverlauf kann nur mit einer besonderen Schweissanlage  (Schweissinverter) durchgeführt werden. Die fein dosierbare Wärmeeinbringung bei diesem Schweissverfahren ermöglicht eine gute Spaltüberbrückung , eine gute Wurzelschweißung und ein gutes Schweissen in Zwangslagen. Schweissnahtfehler am Nahtanfang und Nahtende, wie auch beim Rohrschweissen, werden vermieden. Bei allen Beschreibungen handelt es sich um ein manuelles oder teilmechanisiertes  WIG-Schweissen mit Zusatzwerkstoff vorwiegend d = 1,6 mm. Beim Impulsschweißen von Leichtmetallen (namentlich: AA6061) kann ein Anschmelzen an der Oberfläche erzielt werden und somit bei dünnen Blechen < 1,0 mm Durchschmelzungen verhindert werden. Vor allem bei Kehlnähten wird die Ecke eher erfasst als bei Standardschweissen mit konstantem Strom. Es wurden auch Bleche mit einer Dicke von 0,6 mm   einwandfrei stumpfgeschweisst, da die Stabilität des Lichtbogens sowie die konzentrierte Wärmeeinbringung ein kleines definiertes Schmelzbad erlauben.
Das Heften stellt das Hauptproblem dar, wenn ein Spalt vorhanden ist und so wurzelseitig Sauerstoff Zutritt hat. Der Einfluss der Wolframelektrodenlegierung und die Zusammensetzung des Schutzgases ist wichtig; diese Parameter beeinflussen den Prozess wesentlich.