Warum schmilzt beim Lichtbogenschweißen nur die Elektrodenspitze?

Ich habe auf YouTube einige Leute gesehen, die Lichtbogenschweißen mit "Verbrauchselektroden" durchgeführt haben. Auf den ersten Blick sah ich, dass der Strom durch die gesamte Elektrode und das Werkstück fließt, und meine Frage ergibt sich aus dieser Tatsache.

Ich denke, dass das Werkstück nicht schmilzt, weil es normalerweise viel größer ist als die Elektrode, daher kann es die Wärme viel schneller ableiten. Die Elektrode ist jedoch dünner und ich verstehe nicht, warum die gesamte Elektrode nicht schmilzt, wenn der durch sie fließende Strom hoch genug ist, um die Elektrodenspitze zum Schmelzen zu bringen.

Ich habe darüber nachgedacht und meine Vermutung hat etwas damit zu tun, dass sich der Kontaktwiderstand an der Elektrodenspitze von dem des Elektrodenmaterials unterscheidet. Der Grund dafür ist, dass die Leistung, die irgendwie proportional zur erzeugten Wärme ist, Ich glaube jedoch nicht, dass der Unterschied zwischen den beiden Widerständen groß genug ist, um dieses Phänomen zu erklären, und fragte mich, welcher Teil Ich vermisse!

Der Widerstand der Elektrode ist nicht das, was die Dinge aufheizt - es ist der Widerstand der ionisierten Luft im Lichtbogen!

Daher werden die Dinge in der Nähe des Lichtbogens heiß und die Dinge in der Ferne nicht.

Wenn die Elektrode in die Nähe des Werkstücks gebracht wird, wird der Luftspalt so eng, dass ein Funke entsteht, wenn die elektrische Feldstärke (zum Beispiel in Volt pro Meter) hoch genug ansteigt, um die dazwischenliegenden Luftmoleküle zu ionisieren.

Die ionisierte Luft ist ein Plasma, das eine sehr hohe Temperatur aufweist - hoch genug, um die Elektrode und das Werkstückmaterial zu schmelzen.

Solange der Schweißer einen Spalt mit der richtigen Länge einhält, ist die elektrische Feldstärke hoch genug, um die Luft im Spalt zu ionisieren und das in der Nähe befindliche Material des Schweißstabs und des Werkstücks zum Schmelzen zu bringen. Ein Teil des Metalls kann auch vergasen und sich ebenfalls in Plasma verwandeln und somit zum Lichtbogen beitragen.

Wenn der Spalt zu groß wird, hört das Plasma zusammen mit dem Schweißen auf.

Jeder, der mit einem Stabschweißgerät gearbeitet hat (eines, das Schweißstäbe verwendet), kann Ihnen sagen, dass Sie bei einem zu kleinen Spalt mit dem Stab das Werkstück berühren und zum Zeitpunkt des Kontakts möglicherweise gerade genug Plasma erzeugen, um das Werkstück zu schweißen Stange zum Werkstück. Zu diesem Zeitpunkt haben Sie einen kontinuierlichen metallischen Kreislauf ohne Plasma. Es leitet die gleiche Strommenge wie bei einer ordnungsgemäßen Schweißung, aber ohne den Plasmabogen schmilzt nichts.

Keine dieser Erklärungen hat etwas mit dem Widerstand des Plasmas zu tun. Dies hängt davon ab, wie sich das Plasma als Reaktion auf die angelegte elektrische Feldstärke bildet.

Es gibt verschiedene Schweißprozesse, die auf unterschiedliche Weise Wärme erzeugen. Ich denke, das WIG-Schweißen ist konzeptionell einfacher zu verstehen als das Stangen- oder MIG-Schweißen. Die Erklärung wird Ihnen helfen, andere Schweißprozesse zu verstehen, und ich beginne mit der Erläuterung des WIG-Schweißens.

Beim WIG-Schweißen (Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen oder WIG-Schweißen) wird eine Schweißstromversorgung mit einer Wolframspitze an einen Handbrenner angeschlossen. Die negative Elektrode ist mit dem Brenner verbunden. Die positive Elektrode ist mit dem zu schweißenden Werkstück verbunden.

Ein Lichtbogen wird durch eine Schaltung in der Stromversorgung erzeugt, die als Lichtbogenstarter bezeichnet wird und einen Hochspannungs- und Hochfrequenzimpuls zwischen der Wolframspitze und dem Werkstück erzeugt. Der Lichtbogen hat genug Energie, um Elektronen aus dem Schutzgas abzuleiten und einen Ionenpfad zu erzeugen, der Elektrizität von der Wolframspitze zum Werkstück leitet. Beim WIG-Schweißen wird normalerweise Argongas verwendet, da es billig ist, leicht ionisiert und schwerer als Luft ist, sodass Sauerstoff draußen bleibt.

Wenn der Ionenpfad abgeschlossen ist, erfasst die Stromversorgung den Spannungsabfall zwischen den Elektroden. Wenn zwischen der Elektrode und dem Werkstück kein ionisierter Pfad vorhanden ist, kann zwischen der Wolfram- und der Arbeitselektrode ein Unterschied von 50 V oder mehr bestehen. Nachdem der Lichtbogen ausgelöst wurde, fällt die Spannung zwischen den Elektroden abhängig von der Spaltgröße auf etwa 10 V ab. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Stromversorgung den Schweißstrom ein. Das WIG-Schweißen erfolgt mit konstanter Stromversorgung.

Der Lichtbogen wird durch Widerstandserwärmung des Schutzgases aufrechterhalten. Das ionisierte Gas wirkt als Widerstand, bei dem die Wärme eine Funktion der Spannung über dem Spalt und des Stroms durch diesen ist. Der hohe Strom durch das ionisierte Gas leitet so viel Wärme ab, dass das Gas heiß genug bleibt, um ein Plasma zu bleiben und weiterzuleiten.

Die Wärme wird jedoch nicht gleichmäßig über den Lichtbogen verteilt. In dieser Konfiguration, die ich gerade beschrieben habe, schießen die Elektronen tatsächlich aus der Wolframspitze und treffen auf das Werkstück. Dies führt dazu, dass sich die Wärme auf das Werkstück konzentriert. Wenn ich die Polarität der Elektroden umkehren und das Negativ mit dem Werkstück und das Positiv mit dem Brenner verbinden würde, hätte ich den gegenteiligen Effekt. Ich würde immer noch einen Lichtbogen und viel Hitze bekommen, aber die Hitze würde sich auf die Spitze konzentrieren, nicht auf das Stück, das ich zu schweißen versuchte. Dies würde dazu führen, dass die Spitze zu einer Kugel schmilzt und abfällt. Wolfram wird für die Spitze verwendet, da es den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle aufweist. Beim WIG-Schweißen soll die Elektrode nicht schmelzen und Teil der Schweißnaht werden, sondern bei anderen Schweißarten.

Beim MIG-Schweißen (Gas Metal Arc Welding oder GMAW) ist dies genau das, was Sie wollen. Beim MIG-Schweißen ist die Elektrode ein leitender Draht, der mit hoher Geschwindigkeit von einer Drahtspule zugeführt wird. Der Draht schmilzt und wird Teil der Schweißnaht. Die Polarität ist vertauscht, so dass der Draht positiv und das Werkstück negativ ist. Sie brauchen keinen Lichtbogenstarter mit MIG.

Wenn Sie den Auslöser des Mig-Brenners drücken, schiebt der Drahtvorschub den Draht heraus. Wenn der Draht mit der Arbeit in Kontakt kommt, wirkt der Draht als Widerstand und erwärmt sich. Je länger der Draht übersteht, desto mehr Widerstand hat er und erzeugt einen anderen Spannungsabfall.

Aufgrund des hohen Stroms durch den Draht schmilzt der Draht und brennt zurück. Dies erzeugt eine kleine Lücke zwischen dem Werkstück und dem Draht, wo ausreichend Spannung zum Ionisieren vorhanden ist. Dies erzeugt einen Bogen. Ohne auf die Besonderheiten der verschiedenen MIG-Prozesse (Kurzschluss, Tropf- und Sprühübertragung) einzugehen, wird dieser Prozess im Wesentlichen wiederholt. Der Draht hat Kontakt. Erhitzt sich und schmilzt zurück. Zündet einen Bogen und nimmt dann erneut Kontakt auf. Etc.

Das Werkstück muss in der Regel ebenfalls schmelzen (aber nicht zu viel oder es kommt zu einem Materialdurchbruch), da sonst keine starke mechanische Verbindung besteht. Sie berücksichtigen die Dicke, die Wärmemasse und die Wärmeleitfähigkeit des Werkstücks, indem Sie den Strom und den Materialvorschub einstellen. Und wie Marcus Müller bereits sagte: Es geht nicht um den Elektrodenwiderstand.