Gasdüsen für MIG/MAG-Brenner
Sie gehört zu den wichtigsten Ausrüstungsteilen eines MIG/MAG-Schweißbrenners oder eines WIG-Schweißbrenners: die Gasdüse, oft auch Schutzgasdüse genannt. Aufgabe der Gasdüse ist es, das für den Schweißprozess notwendige Schutzgas gleichmäßig und laminar in den Prozess einströmen zu lassen, so dass eine stetige Schutzgasabdeckung des Lichtbogens und des Schmelzbads gegenüber der Atmosphäre gewährleistet ist.
Die Anforderungen an Material und Werkzeug sind beim MIG/MAG-Schweißen zum Teil extrem. Gutes Handwerkszeug wie der Schweißbrenner mit seinen Verschleiß- und Ersatzteilen entscheiden hier über Qualität der Schweißnaht und Effektivität des Schweißprozesses. Insbesondere den Verschleißteilen im Frontbereich des Brennerkopfs wird viel abverlangt, schließlich sind das die Teile, die am dichtesten am Prozess sitzen. Die Gasdüse befindet sich dabei an vorderster Front bzw. unmittelbar am Prozess – nur in bestimmten Fällen ragt die Stromdüse weiter hervor – und muss sich großer Hitze, Strahlung und umherfliegenden Schweißspritzern stellen.
Hier gibt es hinsichtlich Werkstoffauswahl, Verarbeitung und Qualität elementare Unterschiede. Mit Gasdüsen von ABICOR BINZEL haben Sie ein Verschleißteil, das die bestehenden Anforderungen in gewohnter Premium-Qualität erfüllt.
Aufgaben einer Gasdüse
Die Gasdüse sorgt im Schweißprozess für einen reibungslosen Gasfluss, indem sie den Gasstrom komprimiert in den Prozess führt und damit den Lichtbogen vor der Umgebungsatmosphäre schützt. Damit dieser immer gewährleistet ist, muss die Gasdüse entsprechend sauber und möglichst frei von Partikeln sein, die beim MIG/MAG-Schweißen – bei dem es sich um einen Kurzschluss-Lichtbogenprozess handelt – unweigerlich entstehen. Jede Störkontur durch festgesetzte oder eingebrannte Partikel führt dazu, dass der Gasstrom verwirbelt und die Gasabdeckung beeinträchtigt wird. Umso wichtiger ist es, die Gasdüse möglichst gut vor Spritzeranhaftung zu schützen. Zum einen durch die Wahl des Materials, zum anderen durch die Verwendung von Anti-Spritzerschutzmittel.
Eine weitere Aufgabe der Gasdüse ist es, die im Prozess entstehende Wärme schnellstmöglich abzuleiten, damit der Schweißbrenner selbst vor Überhitzung geschützt wird. Das ist auch besonders wichtig, wenn vorgewärmte Bauteile verschweißt werden.
MIG/MAG-Gasdüsen – Material & Eigenschaften
Das Grundmaterial einer MIG/MAG-Gasdüse besteht meist aus Kupferlegierungen, manchmal wird auch reines Kupfer verwendet. Andere haben eine zusätzliche Beschichtung aus beispielsweise Nickel, um Anhaftungen oder das Einbrennen von Schweißspritzern aus dem MIG/MAG-Prozess zu verhindern und sorgen somit für eine längere Lebensdauer der Gasdüse. Außerdem haben diese Beschichtungen den Vorteil, dass sich Schweißspritzer leichter wieder entfernen lassen, weil diese nicht so tief einbrennen.
Kupfergasdüsen
Kupfer ist ein guter Leiter für Wärme, sehr widerstandsfähig und lässt sich leicht verarbeiten. Grundsätzlich gilt, dass die Spritzeranhaftung um so gerniger ist, je kühler die Gasdüsen sind. Gasdüsen aus Kupfer eignen sich aufgrund ihrer sehr guten Wärmeleitfähigkeit hervorragend für das Schweißen in allen Amperebereichen. Neben Gasdüsen aus reinem Kupfer gibt es noch beschichtete Gasdüsen.
Vernickelte Gasdüsen
Eine Nickelbeschichtung verhindert, dass Schweißspritzer, die in einem MIG/MAG-Prozess entstehen, leicht anhaften. Gleichzeitig bieten diese Gasdüsen mit ihrem Kupferkörper die Vorteile von Kupfergasdüsen. Zusätzlich halten die Reflexionseigenschaften von Nickel sowohl Licht als auch Wärme ab und sorgen dafür, dass die Temperatur des Schweißbrenners niedrig bleibt. ABIMIG®-Schweißbrenner von ABICOR BINZEL haben sogar hochglanzvernickelte Gasdüsen, die somit am besten die Hitze reflektieren und hierdurch die Gasdüse und den Schweißbrenner insgesamt sehr gut vor Spritzeranhaftung schützen. Gegenüber konventionellen Gasdüsen aus dem MB-Bereich haben diese sogar höhere Standzeiten.
Formen von MIG/MAG-Gasdüsen
Es gibt unterschiedliche Gasdüsenformen und welche ausgewählt wird, ist abhängig von der Schweißanforderung und der Zugänglichkeit. In allen Fällen ist eine optimale Gasabdeckung unabdingbar, besonders beim Schweißen von hochlegiertem Material bzw. Aluminium, wo der Einfluß atmosphärischer Luft besonders die Schweißnahtqualität stark beeinträchtigen kann, was sich in Anlauffarben und Porenbildung zeigt. Gleichzeitig muss eine ausreichende Zugänglichkeit zum Bauteil gewährleistet sein. Es gilt also immer, einen Kompromiss zwischen Zugänglichkeit und erforderlicher Gasabdeckung zu finden.
Visualisierte Gasströmung
Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft die Gasströmung von zwei unterschiedlichen Gasdüsen:
In den beiden oberen Abbildungen ist eine trompetenförmige Gasdüse dargestellt, was sich in Verwirbelungen des Schutzgases zeigt. Die beiden Abbildungen unmittelbar darunter zeigen den Gasfluss einer zylinderförmigen Standard-Gasdüse.
Die Visualisierung der Gasströmung ermöglicht die sogenannte Schliereninterferometrie im ABICOR BINZEL ARCLab – der hauseigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Hier kann durch den Einsatz spezieller Kameras der Gasfluss bei laufendem Schweißprozess visualisiert und anaylsiert werden. Die Aufnahmen mit und ohne Lichtbogen verdeutlichen, dass das Strömungsverhalten durch den Lichtbogen maßgeblich beeinflusst wird. So zeigt die im Bild oben dargestellte Gasdüsenform keine ausreichende Schutzgasabdeckung. Die zylindrische Gasdüse gewährleistet auch im Schweißprozess eine gleichbleibend laminare Schutzgasströmung und damit eine optimale Schutzgasabdeckung.
Eine tatsächlich Beurteilung der Qualität der Schutzgasabdeckung ist möglich, indem man den Sauerstoffgehalt im Bereich unterhab der Gasdüse misst. Auch hier ist ein spezieler Prüfstand im ABICOR BINZEL ARCLab vorhanden.
Die folgenden Abbildungen geben die Unterschiede in der Qualität der Schutzgasabdeckung der beiden zylinderförmigen Standard-Gasdüsenformen wieder.
Man erkennt, dass die als »Gasdüse neu« gekennzeichnete Form keine gleichmäßige Schutzgasabdeckung erlaubt. Der Sauerstoffgehalt unter der Gasdüse erreicht minimal 100 ppm, während die konventionelle zylindrische Gasdüse immer sicher unter 20 ppm bleibt. Dies ist besonders für oxidationsempfindliche Werkstoffe wie Aluminum und Edelstähle ein wichtiges Kriterium.
Die Größe des vorderen Gasdüsenendes bestimmt, wie breit die Gasabdeckung ist. Diese Größe wird in NW (Nennweite) angegeben. Die Nennweiten im Angebot von ABICOR BINZEL reichen von 7 mm (Engspaltset MB 401/501) bis 21 mm (zylindrisch für ABIMIG®). Zwischen diesen Typen gibt es wiederum je nach Brennertyp weitere unterschiedliche konische Varianten. Bei sehr schlechter Zugänglichkeit kann man auch auf Spezialvarianten zurückgreifen, wie beispielsweise die 45° gebogenen Gasdüsen inkl. deren gebogenen Stromdüsen.
Zylindrische Gasdüsen
Die gerade Form einer zylindrischen Gasdüse sorgt für eine breite Gasabdeckung und wird vor allem beim Schweißen von Aluminium und Edelstahl eingesetzt. Eine ungenügende Gasabdeckung führt bei Edelstahl oft zu ungewollten Anlauffarben, die mühselig entfernt werden müssen. Mit der Wahl der richtigen Gasdüse kann dem vorgebeugt werden.
Konische Gasdüsen
Die konische Gasdüse gilt als Standard-Gasdüse. Sie verjüngt sich zum vorderen Ende hin und bietet damit eine bessere Zugänglichkeit zum Werkstück wie zum Beispiel beim Schweißen in einem Winkel. Mit stark konischen Gasdüsen können sogar noch engere Winkel erreicht werden. Natürlich lässt auch diese Form noch genügend Gas durchströmen, um eine gute Schutzgasabdeckung zu gewährleisten.
Schwere Gasdüsen
Wie ihr Name schon vermuten lässt, haben diese Gasdüsen stärkere Wandungen und werden dann eingesetzt, wenn besonders große Hitze auf den Brennerkopf einwirkt. So zum Beispiel, wenn Materialien vor dem Schweißen vorgewärmt werden müssen, um Rissbildungen in der Schweißnaht vorzubeugen. Schwere Gasdüsen nehmen entsprechend mehr Wärme auf und führen diese dann zuverlässig ab. Im Produktportfolio von ABICOR BINZEL finden Sie diese Gasdüsen oft mit dem Zusatz »HD« für heavy duty.
Hochleistungsgasdüsen
Was macht eine Gasdüse zu einer Hochleistungsgasdüse? Ihre überdurchschnittlich lange Lebensdauer selbst bei hochamperigem Schweißen – und das ist nicht von der Form der Gasdüse abhängig, sondern vielmehr von dem Aufbau des Gasdüsenkörpers. Die Gasdüsen der Brennerserie ABIMIG® von ABICOR BINZEL haben eine Isoliermasse in ihrem Gasdüsenkörper, die die Wärmeabfuhr in den Gasdüsensitz und den Brennerhals blockiert. Damit wird der Schweißbrenner insgesamt höher belastbar.
Sondergasdüsen
Manche Schweißaufgaben erfordern besondere Lösungen für Zugänglichkeit und Wärmeableitung. Schwer erreichbare Winkel, tiefe Spalten bei dicken Blechen oder auch extreme Hitze im Prozess sind Bedingungen, die mit passenden Verschleißteilen verbessert werden bzw. die Arbeit erleichtern können.
Unter Sondergasdüsen fallen:
- Flaschenförmige Gasdüsen
- Engspalt-Gasdüsen
- Abgewinkelte Gasdüsen
- Extra gekühlte Gasdüsen
Flaschenförmige Gasdüsen
Wie der Name schon sagt, ist das vordere Ende dieser Gasdüse wie die Form einer Flasche verjüngt. Flaschenförmige Gasdüsen erlauben sowohl gute Zugänglichkeit als auch eine gute Sicht zum Werkstück und der Schweißnaht. Die Gasabdeckung ist hier schmaler als bei konischen Gasdüsen.
Engspalt-Gasdüsen
Die Engspalt-Gasdüse kommt da zum Einsatz, wo selbst flaschenförmige nicht mehr weiterkommen. Sie ist eine speziell geformte Gasdüse für beispielsweise das Engspaltschweißen sowie das einseitige Durchschweißen von HP-Profilen im Schiffbau. Bis zu 50 mm dicke Bleche lassen sich mit Engspaltgasdüsen schweißen.
Abgewinkelte Gasdüsen
Mit einer abgewinkelten Gasdüse ist es ein Leichtes, in einem Winkel zu schweißen, weil man den Brenner dabei gerade halten kann. Diese Gasdüse löst in Kombination mit der passend abgewinkelten Stromdüse gar manches Problem der Zugänglichkeit und hat viele dankbare Anwender.
Extra gekühlte Gasdüsen
Mit ihren doppelten Wänden hat diese Sondergasdüse einen zweiten, eigenen Kühlkreislauf mit Wasservorlaufanschluss und Wasserrücklaufanschluss. Auf diese Weise wird sie unabhängig von der internen Kühlung des Schweißbrenners zusätzlich gekühlt und kann sehr hoher Wärme ausgesetzt sein, ohne außerordentlich belastet zu werden. Dieser Typ eignet sich gut bei vorgewärmten Bauteilen.
Steckbare Gasdüsen – schraubbare Gasdüsen
Ob sich nun eine steckbare oder eine schraubbare Gasdüse für die Schweißanwendung besser eignet, ist letztendlich vom Verschleißteilesystem vorgegeben. So sind alle MB-Brenner von ABICOR BINZEL mit steckbaren Gasdüsen ausgestattet und alle zur ABIMIG®-Reihe gehörenden Schweißbrenner mit schraubbaren Gasdüsen.
Steckbare Gasdüsen lassen sich leichter und schneller abnehmen und aufstecken. Sie sind zusätzlich mit einem Klemmring versehen, der dafür sorgt, dass bei starken Temperaturschwankungen zwischen kalt und warm ein guter Sitz am Brennerkopf gesichert ist. Steckbare Gasdüsen haben eine größere Anlagefläche als schraubbare, was sich auf die Wärmeableitung positiv auswirkt. Sie eignen sich aufgrund ihrer Beschaffenheit jedoch nicht für das Roboterschweißen, wo eine fester sitzende Gasdüse den dort herrschenden Bedingungen besser entspricht.
Schraubbare Gasdüsen sitzen im Vergleich fester auf dem Brennerkopf. Auch garantieren sie eine zentrische Ausrichtung der Düse und eignen sich hervorragend für den Einsatz an Schweißrobotern, wo sie selbst beim mechanischen Reinigen ihre Zentrierung beibehalten. Viele der schraubbaren Gasdüsen werden beim Roboterschweißen bevorzugt.
Schweißspritzer-Anhaftung vermeiden
Zum einen lässt sich durch die Auswahl des Gasdüsenmaterials beeinflussen, wie stark Schweißspritzer anhaften können. Vernickelte Gasdüsen bieten einen besseren Schutz vor Spritzeranhaftung als blanke bzw. reine Kupfergasdüsen. Einen zusätzlichen Schutz vor der Anhaftung vor Schweißspritzern auf und an Gasdüsen bieten Sprays, Pasten und andere Anti-Spritzermittel. Hier haben sich bei Schweißern auf der ganzen Welt das Super Pistolenspray bzw. das Super Pistolenspray NF (NF = nicht brennbar), das Keramikspray sowie die Anti-Spritzerpaste Düsofix von ABICOR BINZEL bewährt. Einfach die Gasdüse mit dem Spray einsprühen bzw. in die Paste eintauchen und Schweißspritzer und die Spritzeranhaftung wird durch den aufgebrachten Schutzfilm erheblich reduziert.
Super Pistolenspray NF (NF = nicht brennbar)
Keramikspray
Anti-Spritzerpaste Düsofix