Unterschiede zwischen Wechselstrom- und Gleichstromschweißen

Was ist DC beim Schweißen?

Gleichstrom, kurz DC (Direct Current), fließt stets in eine feste Richtung, was ihn für viele Schweißanwendungen besonders geeignet macht. Für den Schweißer bedeutet das, dass der elektrische Stromkreis durch eine Erdklemme, einen Elektrodenhalter oder eine TIG-/MIG-Fackel geschlossen wird, um einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen. Die kontinuierliche Flussrichtung des Stroms sorgt für eine gleichmäßige Hitzeentwicklung und eine präzise Kontrolle beim Schweißprozess.

Bei der Verwendung von Gleichstrom ist die Polarität entscheidend. Es gibt zwei Hauptarten:

DC Elektrode positiv (DCEP): Hierbei ist die Erdungsklemme negativ, die Elektrode positiv. Die Wärme konzentriert sich auf die Elektrode, was zu tiefem Eindringen und einer guten Penetration führt. Diese Polarität ist die Standardwahl beim Stabschweißen, da sie eine starke Verbindung garantiert.
DC Elektrode negativ (DCEN): Bei dieser Variante ist die Erdungsklemme positiv, die Elektrode negativ. Die Wärme konzentriert sich auf das Werkstück, was vor allem bei dünnen Materialien vorteilhaft ist, um Überhitzung zu vermeiden. Die Wahl der Polarität hängt vom Material und der gewünschten Schweißqualität ab.

Elektronen bewegen sich immer vom negativen zum positiven Pol. Dies beeinflusst die Hitzeverteilung und somit die Schweißeigenschaften erheblich.

Was ist AC beim Schweißen?

Wechselstrom (AC, Alternating Current) wechselt die Richtung des Stromflusses in regelmäßigen Abständen, typischerweise 50-60 Mal pro Sekunde. In den meisten Ländern Europas beträgt die Frequenz 50 Hz, während in den USA 60 Hz üblich sind. Das bedeutet, dass der Strom ständig seine Polarität umkehrt, was beim Schweißen eine Reihe von Vorteilen, aber auch Herausforderungen mit sich bringt.

Durch das regelmäßige Umschalten der Polarität werden sowohl positive als auch negative Phasen durchlaufen, was insbesondere beim Schweißen von bestimmten Metallen wie Aluminium oder Magnesium notwendig ist, um Oxidschichten zu entfernen und eine saubere Schweißnaht zu erzielen. Die Frequenz des AC-Ausgangs kann je nach Gerät zwischen 20 Hz und mehreren Hunderten Hertz variieren, um den Schweißprozess zu optimieren.

Hauptunterschiede zwischen AC und DC beim Schweißen

Der entscheidende Unterschied liegt in der Art, wie der elektrische Strom fließt: Beim AC wechselt die Polarität ständig, was zu einem unregelmäßigen Bogenverhalten führt, während beim DC die Polarität konstant bleibt und einen stabileren Lichtbogen erzeugt.

Diese Unterschiede beeinflussen die Wahl der Schweißverfahren und die jeweiligen Anwendungsbereiche erheblich:

Beim Schweißen mit AC: Tendenziell instabilerer Bogen, mehr Spritzer, aber Vorteilhaft bei der Arbeit an magnetisierten Metallen und beim Schweißen von Aluminium mit speziellen Geräten.
Beim Schweißen mit DC: Stabilerer Bogen, bessere Kontrolle, geringere Spritzer, geeignet für eine Vielzahl von Metallen und Anwendungen.

Vergleich der Prozesse: AC vs. DC

Stickschweißen (SMAW)

Frühere Modelle des Stickschweißens verwendeten ausschließlich Wechselstrom. Diese Geräte, oft als Buzzboxen bezeichnet, waren jedoch aufgrund der instabilen Bogenbildung weniger beliebt. Heute dominieren DC-Schweißgeräte, die eine gleichmäßige und kontrollierte Schweißnaht ermöglichen. Die Wahl der Polarität (DCEP oder DCEN) beeinflusst die Eindringtiefe und die Schweißqualität erheblich, wobei DCEP häufig für eine tiefere Penetration eingesetzt wird.

TIG-Schweißen (GTAW)

Beim TIG-Schweißen ist die Wahl zwischen AC und DC abhängig vom Material. Für Stahl, Edelstahl oder Kohlenstoffstahl wird meist DC verwendet, da dies eine stabile, kontrollierte Schweißnaht gewährleistet. Für Aluminium und Magnesium ist AC notwendig, um Oxidschichten zu entfernen und eine saubere Verbindung zu erzielen. Dabei sorgt die Frequenzregelung für eine bessere Kontrolle der Schweißbögenigenschaften.

MIG-Schweißen (GMAW)

Das MIG-Verfahren nutzt in der Regel DCEP (elektrodenpositiv), um eine optimale Verbindung zu gewährleisten. Beim Schweißen von Aluminium wird häufig DCEN verwendet, da es eine bessere Kontrolle und weniger Spritzer ermöglicht. AC-MIG wird hauptsächlich für spezielle Anwendungen bei Aluminium und in industriellen Prozessen eingesetzt, während das DCEP die Standardpolarität ist.

FCAW (Flux-Cored Arc Welding)

Bei diesem Verfahren sind die Polaritäten variabel. Selbstgeschlagene Flussmitteldrähte erfordern meist DCEN, während gasgeschützte Flussmitteldrähte mit DCEP betrieben werden.

Vor- und Nachteile von AC und DC

Vorteile von AC

Optimal für das Schweißen von Aluminium und Magnesium, da die Oxidschichten effektiv entfernt werden.
Kein Spannungsabfall bei langen Leitungen, was bei großen Baustellen vorteilhaft ist.
Günstigere Geräte im Vergleich zu DC-Schweißmaschinen.
Stabilerer Bogen bei magnetisierten Metallen.

Nachteile von AC

Höhere Spritzerbildung und instabiler Bogen bei Stahl und Edelstahl.
Geringere Kontrolle über die Schweißqualität.
Teurere Geräte im Vergleich zu DC-Optionen.

Vorteile von DC

Stabilerer Lichtbogen, bessere Kontrolle und geringere Spritzer.
Höhere Penetration bei DCEP, ideal für starke Schweißnähte.
Einfachere Handhabung bei den meisten Metallen.

Nachteile von DC

Höhere Anschaffungskosten.
Nicht geeignet für das Schweißen von magnetisiertem Aluminium, da Oxidschichten schwer zu entfernen sind.

Anwendungsbereiche: Wann wird AC oder DC bevorzugt?

AC eignet sich vor allem für das Schweißen von Aluminium, Magnesium und magnetisierten Metallen, insbesondere bei längeren Leitungen und speziellen industriellen Anwendungen. DC ist die bevorzugte Wahl für die meisten Stahl- und Edelstahlarbeiten, da es eine bessere Kontrolle und stabilen Bogen bietet.

Hier eine kurze Übersicht:

Gängige DC-Anwendungen: TIG-, Stick-, MIG- und FCAW-Schweißen an Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Titan, Kupfer, Messing, Bronze, Nickel und weiteren Metallen.
Gängige AC-Anwendungen: Nur bei speziellen TIG- und Stickprozessen, vor allem bei Aluminium, Magnesium und magnetisierten Metallen.
Materialien: Nicht-magnetisierte Metalle bevorzugen DC, magnetisierte Metalle benötigen AC.
Positionen: Schweißen in der Nähe der Stromquelle ist mit DC vorteilhafter; beim Schweißen in größeren Entfernungen kann AC Vorteile bieten.

Fazit: Welche Stromart ist die beste Wahl?

Im Allgemeinen ist die Verwendung von Gleichstrom für die meisten Schweißarbeiten vorzuziehen, da er eine stabilere und kontrolliertere Schweißnaht ermöglicht. Das Wechselstromschweißen bleibt jedoch unverzichtbar beim Schweißen von Aluminium und Magnesium, wo Oxidschichten entfernt werden müssen und spezielle Geräte erforderlich sind.

Viele professionelle Schweißer verfügen über Geräte, die beide Optionen bieten, um flexibel auf unterschiedliche Materialien und Anforderungen reagieren zu können. Mit zunehmender Erfahrung wird die Unterscheidung zwischen AC- und DC-Stromquellen zur Routine, und die Wahl der richtigen Polarität wird zur zweiten Natur.