EINLEITUNG SCHWEISSTECHNIKEN

In diesem Mega Beitrag haben wir für Sie die wichtigsten Schweißverfahren zusammengefasst. Diese Seite enthält Wissen unserer Schweißmeister aber auch externer Schweißexperten und Schweißprüfer. Wir werden die Seite laufend mit weiteren Kapitel ergänzen. Es zahlt sich also aus hier immer wieder vorbeizukommen und weitere nützliche Informationen und Tipps zu erfahren.

SCHUTZGASSCHWEISSEN VS. ELEKTRODENSCHWEISSEN

Alle Schweißverfahren haben ihre Vor- und Nachteile. Das Schutzgasschweißen ist dem Elektrodenschweißen aber in vielen Belangen überlegen.

GÜNSTIGES ELEKTRODENSCHWEISSE

Elektrodenschweißen hat auf den ersten Blick die Nase vorne. So ist beispielsweise die Anschaffung deutlich günstiger und auch die laufenden Kosten sind oft niedriger. Ein komfortables Inverter-Elektrodenschweißgerät gibt es etwa bereits ab 450 Euro, für ein Schutzgasschweißgerät muss man gleich mal das Doppelte auf den Tisch legen. Den benötigten Schweißdraht für das Schutzgasschweißen bekommt man de facto nur in 5-kg-Rollen – für manchen, der sein Schweißgerät nur gelegentlich nutzt, ist das zu viel des Guten. Zumal es eigentlich keinen universellen Schweißdraht gibt, der für alle Materialien geeignet wäre. Beim Elektrodenschweißen genügt es dann die Elektrode zu wechseln, beim Schutzgasschweißen muss die Rolle gewechselt und bisweilen dann auch ein neues Gasgemisch her. Das ist für manchen Heimwerker dann doch zu viel Aufwand.

ELEKTRODENSCHWEISSEN IST MOBILE

Eingefleischte Fans des Elektrodenschweißens führen zudem ins Feld, dass das Schutzgasschweißgerät nur sehr immobil ist. Die Flaschen sind schwer und nur mit Aufwand zu bewegen. Und dann gibt es noch das Problem mit dem Wind: Er kann das Schutzgasgemisch verblasen, die Naht ist ungeschützt und misslingt. Das gilt übrigens auch, wenn das Werkstück nicht absolut frei von Rost, Zink und Farbe ist.

SCHUTZGASSCHWEISSEN: SCHNELL UND EFFEKTIV

Doch trotz allen dieser Bedenken hat das Schutzgasschweißen in der Pro- und Contra-Liste die Nase vorne. So ist beispielsweise die Arbeitsgeschwindigkeit deutlich höher. Während beim Elektrodenschweißen nämlich die abschmelzende Elektrode häufig gewechselt und danach zudem die Naht mit einem Hammer von der Schlacke befreit werden muss, kann man beim Schutzgasschweißen ohne abzusetzen weiterarbeiten. Die Naht ist hinterher fix und fertig, eine Nachbearbeitung wie beim Elektrodenschweißen, etwa für das Lackieren, ist nicht mehr nötig.

PROBLEME SCHNELL SICHTBAR

Insbesondere für weniger Geübte wichtig: Beim Schutzgasschweißen kann man die Qualität der Naht bereits beim Schweißen ziemlich gut einschätzen. Im Gegensatz zum Elektrodenschweißen. Hier braucht es einiges an Erfahrung, um sich vor Entfernen der Schlacke ein Bild über die Naht machen zu können. Zudem ist beim Elektrodenschweißen das Abstimmen der Elektrode auf Nahtart und Spaltmaß schwierig.

LEICHT ERLERNBAR

Weiterer Vorteil für weniger Geübte: Das Schutzgasschweißen stellt weniger Ansprüche an das handwerkliche Geschick. Es ist sehr tolerant in Sachen Haltung und Schweißrichtung. Beim Elektrodenschweißen erfordert bereits der Zündvorgang einige Erfahrung, der Abstand zum Werkstück muss durch die abschmelzende Elektrode ständig nachgeführt werden. Ein Abstützen der Hand ist deshalb nicht möglich. Ganz im Gegensatz zum Schutzgasschweißen, bei dem weder der Zündprozess noch der Abstand der Düse zum Werkstück kritisch sind. Auch das Heften ist deutlich einfacher: Während man beim Elektrodenschweißen dafür oft zwei Hände braucht, reicht beim Schutzgasschweißen meist eine Hand. Einfach aufdrücken und fertig. Das gilt auch für eher unübersichtliche Stellen. Dort lässt sich die Düse vor dem Zünden optimal positionieren, was man von einer Elektrode nicht wirklich sagen kann.

SCHUTZGASSCHWEISSEN: QUASI-MONOPOL FÜR DÜNNE BLECH

Insbesondere wer dünne Bleche schweißen möchte, kommt am Schutzgasschweißen kaum vorbei. Schutzgasschweißen ist für Bleche ab 1 mm geeignet, das Elektrodenschweißen erst ab 3 mm. Das liegt weniger am Können des Schweißers, als an der Technologie selber. Bei dünnen Blechen kommt das Elektrodenschweißen nämlich an die Grenzen seiner Möglichkeiten. Karosseriebleche sind nur mit dem Schutzgasverfahren fachmännisch zu schweißen.

SCHWEISSEN OHNE QUAL

Und schließlich soll auch noch ein weiterer Aspekt nicht unerwähnt bleiben: der gesundheitliche. Elektroden enthalten oft komplexe Stoffgemische, die beim Schweißen freigesetzt werden. Beim Schweißen ist deshalb für eine gute Belüftung und einen Abzug der entstehenden Gase zu sorgen. Leider ist die dies vor allem im Heimwerkerbereich keinesfalls die Regel. Beim Schutzgasschweißen ist das Gas selbst in der auftretenden Konzentration nicht gesundheitsschädlich, da nur unschädliche Stoffe wie Kohlendioxid oder Argon eingesetzt werden. Weil es keine Schlacken gibt, werden auch mengenmäßig weniger Stoffe freigesetzt. Schutzgasschweißen ist deshalb potentiell weniger gesundheitsbeeinträchtigend als das Elektrodenschweißen.

AUTOGENSCHWEISSEN

Autogenschweißen ist wegen der vielfältigen Anwendungen beliebt. Die beiden dabei beteiligen Gase, Acetylen und Sauerstoff, sind zwar nicht giftig, bergen aber trotzdem ein hohes Gefahrenpotential.

Es gibt wohl kaum eine Werkstatt, in der nicht ein Autogenschweißgerät zur Verfügung steht. Das liegt vor allem an seiner Universalität. Denn Autogenschweißgeräte werden nicht nur zum Schweißen, sondern auch zum Vorwärmen und Ausrichten verwendet, oder einfach auch um Werkstücke, die klemmen zu lockern. Daneben können Autogenschweißgeräte auch zum Brennschneiden, Flammstrahlen oder Flammspitzen eingesetzt werden. Im Gegensatz zum Schutzgasschweißen ist Autogenschweißen auch unempfindlich gegen Luftzug – es kann deshalb ohne Probleme auch draußen eingesetzt werden.

REINER SAUERSTOFF ERHÖHT DIE FLAMMTEMPERATUR

Um die Flamme zu erzeugen sind die beiden Gase Acetylen und Sauerstoff notwendig. Der Sauerstoff der verwendet wird, sollte einen Reinheitsgrad von mindesten 98 Prozent haben, für Brennschneidarbeiten sollte er besser noch größer als 99 Prozent sein. Ein Wert übrigens, den industriell hergestellte Gase fast immer erfüllen.

Sauerstoff ist hoch konzentriert ein wahrer Brandbeschleuniger. Verbrennungsvorgänge mit reinem Sauerstoff laufen viel schneller und intensiver als mit Luft ab. Das ist beim Autogenschweißen durchaus erwünscht, denn so erreicht man deutlich höhere Flammentemperaturen und beim Brennschneiden einen ungestörten Verlauf.

Das bedeutet aber auch erhöhte Vorsicht: Erhöht man den Luftsauerstoffanteil von 21 Prozent um nur 2 Prozent, dann laufen Verbrennungsprozesse bereits doppelt so schnell ab. Bei 30 Prozent Sauerstoffanteil verbrennen Materialien explosionsartig. Besonders gefährlich ist der Kontakt mit Fetten und Ölen: Kommen sie mit dem unter Druck stehenden Sauerstoff in Berührung, kann das zu einer explosionsartigen Selbstentzündung führen.

Sauerstoff wird in Flaschen mit 10, 20 oder 50 Liter Inhalt geliefert. Die Flaschen stehen mit 200 bar unter Druck, 50 Liter Flaschen werden auch mit 300 Bar Druck befüllt. Eine 50 Liter-Flasche mit 300 bar Druck enthält 15.000 Liter Sauerstoff. Bei der Entnahme des Sauerstoffs kühlt sich die Flasche ab, der Druckregler kann dadurch vereisen. Deshalb sollte man die Entnahmemenge aus einer Einzelflasche auf 1200 bis 1500 Liter pro Stunde beschränken. Braucht man mehr, dann muss aus mehreren Flaschen parallel entnommen werden oder ein Flaschenbündel eingesetzt werden.

ACETYLEN: UNGIFTIG UND MIT HOHER FLAMMTEMPERATUR

Die zweite Gaskomponente beim Autogenschweißen ist Acetylen. Dieses Gas wird mit dem Sauerstoff verbrannt. Es ist der Stoff der ersten Wahl, denn mit ihm kann eine besonders heiße Flammentemperatur erreicht werden kann. Mit reinem Sauerstoff erreicht die Flamme 3196 Grad Celsius. Es ist zudem ungiftig und relativ einfach aus Kalziumkarbid und Wasser herzustellen.1 kg Kalziumkarbid ergeben dabei etwa 300 Liter Acetylen. Der Nachteil der hohen Reaktionsfähigkeit: Acetylen wird schnell instabil. Jenseits von 100 Grad oder 2 bar Druck zersetzt sich Acetylen, was zu einer Erwärmung und starkem Druckanstieg führt. Die Folge können Explosionen sein.

Besondere Vorsicht ist im Zusammenhang mit Kupfer geboten. Acetylen-Kupferverbindungen können auch bei niedrigen Temperaturen oder bei kleinsten mechanischen Beanspruchungen explosionsartig zerfallen. Für Rohrleitungen sind deshalb Stahlrohre und Kunststoffdichtungen Pflicht. Messing-Armaturen dürfen nicht mehr als 65 Prozent Kupferanteil besitzen. Selbstverständlich dürfen die Schweißbrenner auch nicht in Behältern oder kleinen Räumen aufbewahrt werden, sondern nur an gut gelüfteten Orten.

ACETYLEN-FLASCHEN MIT „SCHWAMMSPEICHER“

Weil Acetylen so schnell zerfällt, haben die Flaschen zu seiner Speicherung eine spezielle Struktur: Eine poröse Masse im Inneren speichert das Gas, und sorgt auch dafür, dass Flammendurchschläge sich nicht zu einer Explosion ausweiten. Aceton oder Dimethylformamid, ein Amid der Ameisensäure, helfen dabei das Gas zu lösen und zu speichern. In einer 50 Liter-Flasche und 18 bar Druck können so 9000 Liter Acetylen gespeichert werden. Der Flaschendruck von Acetylen-Flaschen ist dabei starken Schwankungen unterworfen.

Bei der Entnahme wird nämlich zuerst im oberen Bereich das im Aceton gelöste Gas freigegeben, der Druck sinkt. Später strömt vom unteren Teil Gas nach, der Druck erhöht sich wieder. Weil bei der Abgabe die Temperatur sinkt, verringert sich bei rascher Entnahme auch die Abgabemenge. Bei kurzzeitigen Entnahmen sollte deshalb eine Obergrenze von 1000 Liter pro Stunde eingehalten werden, bei langfristiger Entnahme sind 500 bis 600 Liter pro Stunde möglich. Aber Achtung: Auch in scheinbar leeren Flaschen befindet sich immer noch eine Restmenge Gas. Deshalb immer das Flaschenventil fest schließen – auch bei vermeintlich leeren Flaschen.

MIG-SCHWEISSEN

Das Schweißen mit Schutzgasen – MIG und MAG – als sehr moderne und effiziente Schweißtechnik hat sich in der Industrie durchgesetzt. Dafür sprechen gleich mehrere Gründe: die Ergebnisse sind von bester Qualität und der Schweißvorgang selbst ist schnell und wirtschaftlich. Während beim MAG-Schweißen ein aktives Gas zum Einsatz kommt, ist es beim MIG-Schweißen ein Metall-inertes-Gas, das nicht mit den Grund- und Zusatzwerkstoffen reagiert und den Einsatz von sehr hohen Temperaturen erlaubt. Daher kommt es auch vorwiegend beim Verschweißen von Nichteisenmetallen wie unter anderem Kupfer, Aluminium oder Aluminiumlegierungen zum Einsatz.

UND SO FUNKTIONIERT´S

Beim MIG-Schweißen entsteht ein elektrischer Lichtbogen, durch den die Schweißflanken aufgeschmolzen und mittels Drahtelektrode verbunden werden. Dabei fungiert die Wärmequelle quasi selbst als Zusatzwerkstofflieferant. Dieses Schweißverfahren ermöglicht zudem sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten, wodurch nicht nur Zeit, sondern auch Geld gespart werden kann – und das bei sehr hohen Qualitätsstandards. Das MIG-Schweißen eignet sich vor allem zur Herstellung von Behältern oder Rohren und wird sehr oft im Bereich Maschinenbau und in der Feinwerktechnik eingesetzt.

DIE UNTERSCHIEDLICHEN LICHTBOGENARTEN

Der beim MIG-Schweißen zwischen Lichtbogen und abschmelzendem Drahtelektrode gezündete Lichtbogen wird in drei Unterarten eingeteilt:

• Beim Schweißen mit Kurzlichtbogen werden in der Regel dünne Bleche miteinander verbunden. Dabei entstehen kaum Spritzer oder Tropfen, was wiederum zu sehr glatten Werkstoffübergängen führt.
• Das sogenannte Sprühlichtbogen Schweißen eignet sich vor allem für das Verschweißen von dickeren Blechen. Durch die hohen Schweißgeschwindigkeiten entstehen hierbei spritzarme, feintropfige und kurzschlussfreie Werkstoffübergänge.
• Das Impulslichtbogen-Schweißen ist für alle Blechdicken geeignet. Dabei wird über den Grundstrom ein Impuls-Strom gelegt. Die Übergänge der Werkstoffe werden fein und gleichmäßig.

Aufgrund der hohen Temperaturen während des Schweißens ist eine Oxidation der Schweißnaht so gut wie ausgeschlossen. Dieses Schweißverfahren sollte allerdings nur an Windgeschützten Orten durchgeführt werden, da der Effekt des Oxidationsschutzes nicht einsetzt, wenn das Schutzgas während des Schweißens verweht wird. Als Schutzgas kommt vorwiegend Argon (oder Argon-Gemische) zum Einsatz, da es optimal geeignet ist, das Schmelzbad vor möglichen schädlichen Einflüssen der Umgebungsatmosphäre zu schützen.

Natürlich sollte auch beim MIG-Schweißen die Sicherheit ganz oben auf der Prioritätenliste stehen, um Verletzungen oder Unfällen effektiv vorzubeugen. Dabei sind vor allem die folgenden drei Gefahrenquellen zu beachten:

• Strahlung: Da gerade beim MIG- und MAG-Schweißen eine mitunter intensive Strahlung auftritt, sind unbedingt Schutzgläser mit sehr hohen Schutzstufen zu verwenden.
• Spannung: Beim MIG- und MAG-Schweißen kommt elektrischer Strom zum Einsatz. Daher sind auch diesbezüglich sämtliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
• Dämpfe: Wie schon oben erwähnt kommen beim MIG- und MAG-Schweißen auch Schutzgase zum Einsatz. Aufgrund der hohen Temperaturen entstehen zudem Verbrennungsdämpfe, die besser nicht eingeatmet werden sollten. Ein adäquater Atemschutz sollte daher unbedingt zur Standardausrüstung gehören.

MAG-SCHWEISSEN

MAG-Schweißen ist eine moderne und effiziente Schweißtechnik, mit der qualitativ hochwertige Ergebnisse erzielt werden. Wie das MIG-Schweißen zählt es zu den Lichtbogenschweißverfahren mit einer endlosen, abschmelzenden Drahtelektrode unter einer Schutzgasabdeckung.

Im Gegensatz zum MIG-Schweißen, bei dem ein Metall-inertes-Gas als Schutzgas verwendet wird, kommt beim MAG-Schweißen ein aktives Gas (aktive, CO2- und/oder sauerstoffhaltige Schutzgase) zum Einsatz. Als Schutzgas dient meist Argon (oder ein Argon-Gemisch), da es das Schmelzbad bestens vor möglichen schädlichen Einflüssen der Umgebungsatmosphäre schützt. Das MAG-Verfahren ist vor allem dann optimal geeignet, wenn unlegierte und legierte Stähle sowie CrNi-Stähle miteinander verschweißt werden sollen.

Wie beim MIG-Schweißen entsteht auch beim MAG-Schweißen ein elektrischer Lichtbogen, durch den die Schweißflanken aufgeschmolzen und mittels Drahtelektrode verbunden werden. Dabei werden sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten erreicht. Aufgrund der damit einhergehenden Zeit- und Geldersparnis werden das MIG- und MAG-Schweißverfahren vor allem in der metallverarbeitenden Industrie, im Stahlbau, Schiffbau, Behälterbau und Fahrzeugbau bevorzugt eingesetzt.

DIE UNTERSCHIEDLICHEN LICHTBOGENARTEN

Der beim MAG-Schweißen zwischen Lichtbogen und abschmelzendem Drahtelektrode gezündete Lichtbogen wird in drei Unterarten eingeteilt:

Beim Schweißen mit Kurzlichtbogen werden in der Regel dünne Bleche miteinander verbunden. Dabei entstehen kaum Spritzer oder Tropfen, was wiederum zu sehr glatten Werkstoffübergängen führt.

Das sogenannte Sprühlichtbogen Schweißen eignet sich vor allem für das Verschweißen von dickeren Blechen. Durch die hohen Schweißgeschwindigkeiten entstehen hierbei spritzarme, feintropfige und kurzschlussfreie Werkstoffübergänge.

Das Impulslichtbogen-Schweißen ist für alle Blechdicken geeignet. Dabei wird über den Grundstrom ein Impuls-Strom gelegt. Die Übergänge der Werkstoffe werden fein und gleichmäßig.

Aufgrund der hohen Temperaturen während des Schweißens ist eine Oxidation der Schweißnaht so gut wie ausgeschlossen. Auch das MAG-Schweißen sollte allerdings nur an Windgeschützten Orten durchgeführt werden, da der Effekt des Oxidationsschutzes nicht einsetzt, wenn das Schutzgas während des Schweißens verweht wird.

DIE WICHTIGSTEN SICHERHEITSHINWEISE

Natürlich sind auch beim MAG-Schweißen einige Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, um etwaigen Arbeitsunfällen vorzubeugen. Achten Sie daher vor allem auf:

Strahlung: Da gerade beim MIG- und MAG-Schweißen eine mitunter intensive Strahlung auftritt, sind unbedingt Schutzgläser mit sehr hohen Schutzstufen zu verwenden.

Spannung: Beim MIG- und MAG-Schweißen kommt elektrischer Strom zum Einsatz. Daher sind auch diesbezüglich sämtliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.

Dämpfe: Wie schon oben erwähnt kommen beim MIG- und MAG-Schweißen auch Schutzgase zum Einsatz. Aufgrund der hohen Temperaturen entstehen zudem Verbrennungsdämpfe, die besser nicht eingeatmet werden sollten. Ein adäquater Atemschutz sollte daher unbedingt zur Standardausrüstung gehören.

UNTERSCHIED MIG- UND MAG-SCHWEISSEN

MIG- und MAG-Schweißen sind beides Metallschutzgasschweißtechniken (MSG-Schweißen). Doch was ist der Unterschied zwischen MIG und MAG?

Grundsätzlich ist das Schutzgas beim MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven Gasen) meist ein Gasgemisch aus Argon, Kohlenstoffdioxid und/oder Sauerstoff, das verhindert, dass Sauerstoff in das Werkstück eindringt. Dieses Aktivgas wirkt auch stabilisierend auf den Lichtbogen. Beim MIG-Schweißen (Metallschweißen mit inerten d.h. inaktiven Gasen) hingegen wird reines Argon oder auch reines Helium bzw. eine Mischung aus beiden verwendet. Anders als das Aktivgas reagiert das inerte Gas nicht mit den Grund- und Zusatzwerkstoffen und erlaubt daher den Einsatz von sehr hohen Temperaturen. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Geld – bei sehr hohen Qualitätsstandards.

Aufgrund der unterschiedlichen Schutzgase ergeben sich auch jeweils andere Einsatzgebiete der beiden Schweißverfahren. Während das MIG-Schweißen nämlich vor allem zur Verarbeitung von Edelmetallen wie etwa Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan, Kupfer sowie zum Verschweißen von anderen Nichteisenmetallen zum Einsatz kommt, sind es beim MAG-Schweißen vorwiegend Werkstücke aus niedrig- oder hochlegierten Stählen, die mit dieser Methode miteinander verbunden werden. Das MIG-Schweißen eignet sich vor allem zur Herstellung von Behältern oder Rohren und wird sehr oft im Bereich Maschinenbau, in der Feinwerktechnik sowie in der Kerntechnik eingesetzt.

ZUR FUNKTIONSWEISE

Bei beiden MSG-Schweißtechniken entsteht ein elektrischer Lichtbogen, durch den die Schweißflanken aufgeschmolzen und mittels Drahtelektrode verbunden werden. Das Schutzgas verhindert dabei Einflüsse durch die Umgebungsatmosphäre. Aufgrund der hohen Temperaturen während des Schweißens ist bei beiden Verfahren eine Oxidation der Schweißnaht so gut wie ausgeschlossen. Das MIG- und das MAG-Schweißverfahren zeichnen sich außerdem durch vielseitige Einsatzmöglichkeiten in Bezug auf Werkstoff, Mechanisierungsgrad und Schweißposition aus, sollten allerdings nur an windgeschützten Orten durchgeführt werden, da sonst das Schutzgas während des Schweißens verweht werden könnte.

Um Arbeitsunfällen vorzubeugen, ist bei beiden Schweißverfahren vor allem auf folgende Gefahrenquellen zu achten:

Strahlung: Da gerade beim MIG- und MAG-Schweißen eine mitunter intensive Strahlung auftritt, sind unbedingt Schutzgläser mit sehr hohen Schutzstufen zu verwenden.

Spannung: Beim MIG- und MAG-Schweißen kommt elektrischer Strom zum Einsatz. Daher sind auch diesbezüglich sämtliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.

Dämpfe: Wie schon oben erwähnt kommen beim MIG- und MAG-Schweißen auch Schutzgase zum Einsatz. Aufgrund der hohen Temperaturen entstehen zudem Verbrennungsdämpfe, die besser nicht eingeatmet werden sollten. Ein adäquater Atemschutz sollte daher unbedingt zur Standardausrüstung gehören.

EDELSTAHLSCHWEISSEN

Auch wenn beim Schweißen von Edelstahl so gut wie jede Schweißtechnik eingesetzt werden kann, sind eine Vielzahl von Kriterien zu beachten, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Denn Edelstahl ist nicht gleich Edelstahl. Je nach konkreter Zusammensetzung weisen die jeweiligen Legierungen komplett verschiedene Eigenschaften auf, die natürlich auch beim Schweißen berücksichtigt werden müssen.

Meist kommen rostfreie bzw. nicht rostende Edelstähle zum Einsatz – die häufigsten darunter sind Chrom, Nickel, Niob und Molybdän. Doch der Name kann leicht darüber hinwegtäuschen, dass auch diese rosten können; und zwar dann, wenn bei der Verarbeitung respektive beim Schweißen Fehler gemacht werden. Um dem vorzubeugen, werden zur Verbindung zweier Edelstähle miteinander meist Schweißzusätze verwendet, die stets vom jeweiligen Edelstahltyp abhängen. Dazu zählen unter anderem spezielle Elektroden, die abschmelzbar sind oder etwaige Schutzgase.

WICHTIGE UNTERSCHEIDUNGSMERKMALE

Die Gruppe der nicht rostenden Edelstähle lässt sich wiederum je nach Gefüge und Eigenschaften in austenitische Stähle, ferritische Stähle, ferritisch-austenitische Stähle sowie martensitische Stähle untergliedern. Bei den austenitischen Stählen handelt es sich um Chrom-Nickel-Stahl-Legierungen mit einem Nickelgehalt von mindestens 8%. Hier ist die Gefahr, dass sich Risse bilden, besonders hoch, solange der Werkstoff noch heiß ist.

Die Ferritischen Stähle unterteilen sich wieder in zwei Gruppen – jene mit einem Chromanteil von 11-13% und jene bei der dieser Wert rund 17% beträgt. Sie zeichnen sich durch eine geringere Bruchdehnung und Zähigkeit aus, was allerdings beim Einsatz einer nicht geeigneten Schweißtechnik zu Rissen führen kann. Ferritisch-austenitische Stähle sind auch unter dem Namen Duplexstahl bekannt. Die martensitischen Stähle weisen einen Chromgehalt von 12-18% sowie 0,1% Kohlenstoff auf.

DIE GÄNGIGSTEN SCHWEISSVERFAHREN

Meist kommt bei der Verarbeitung von Edelstählen das Schutzgasschweißen – damit ist nicht nur das MAG-, sondern auch das WIG-Schweißen gemeint – sowie das Lichtbogenhandschweißen zum Einsatz; vor allem im nichtindustriellen Bereich. Während beim MAG-Schweißen ein aktives Schutzgas (Gemisch aus Argon, Kohlenstoffdioxid und/oder Sauerstoff) eingesetzt wird, wird beim WIG-Schweißen ein inertes Gas und eine Wolfram-Elektrode verwendet, die nicht abschmilzt.

Zum Schweißen von ferritischen Edelstählen eignet sich beispielsweise das WIG-Schweißen mit Argon optimal, um eine hochwertigere Schweißnaht zu erreichen. Wie beim MIG- und MAG-Schweißen, wird auch beim WIG-Schweißen das Schutzgas bei der Zündung automatisch zugeführt. Austenitische Edelstähle lassen sich mit einem Gemisch aus Argon und Wasserstoff am besten miteinander verbinden. Beim MAG-Schweißen werden durch den Drahtvorschub hohe Abschmelzraten erreicht. Doch Vorsicht: Je höher der Sauerstoffgehalt im Schutzgasgemisch ist, desto höher ist auch die Korrosionsgefahr.

Wichtig beim Einsatz von Schutzgasen ist, dass beispielsweise die Schlacke, die sich beim Lichtbogenhand- und beim Fülldrahtschweißen bildet und während des Schweißvorgangs das Material vor Korrosion schützt, danach allerdings unbedingt entfernt werden muss – und zwar gründlich –, damit sich die schützende Oxidschicht wieder ausbilden kann. Auch etwaige Anlauffarben, die durch das Schweißen entsteht, können Korrosion verursachen und müssen daher genauso entfernt werden.

SICHERHEIT GEHT VOR

Auch wenn die Werk- und Zusatzstoffe beim Schweißen mit Edelstählen per se völlig ungefährlich sind, entstehen durch die Verarbeitung mitunter giftige bzw. krebserregende Dämpfe; der sogenannte Schweißrauch. Um gesundheitliche Risiken von vornherein auszuschließen, sind daher auch sämtliche Schutzvorkehrungen zu treffen. Neben einer entsprechenden Schweißrauchabsaugung zählen zumindest auch eine adäquate Belüftung des Arbeitsplatzes sowie Staubschutzmasken und zwangsbelüftete Schweißhelme dazu.

MODERNE SCHWEISSTECHNIKEN

Die laufende technologische Entwicklung macht natürlich auch vor den Bereichen Schweißen und Fertigung nicht halt. Unter dem Schlagwort Industrie 4.0 werden auch hier sämtliche Prozesse der Herstellungs- und Wertschöpfungskette digitalisiert, automatisiert und miteinander vernetzt, um die Produktivität zu steigern und im Idealfall auch noch den Ressourcen zu sparen.

Das Ziel: Eine smarte Produktion durch den Einsatz von digitalen Geräten, die kommunikationsfähig sind. Dabei holt sich mitunter das zu fertigende Produkt selbst die Informationen, die es braucht, um eigenständig seinen Weg durch die Produktion zu finden. Vor diesem Hintergrund müssen auch alle vor- und nachgelagerten Prozesse (Zulieferer, Logistik, …) noch stärker integriert werden.

Aber auch die Anforderungen an die Schweißer selbst ändern sich dadurch massiv – schließlich geht es darum, die Interaktion zwischen Mensch und neuer Gerätegenerationen möglichst reibungslos und sicher zu gestalten.

BEISPIELE FÜR SCHWEISSEN 4.0

Bereits im Jahr 2013 schickte Fronius die digitale Schweißgeräteplattform TPS/i (manuell, Robotics und für CMT) als „intelligente Revolution“ in der Schweißtechnik an den Start. Mittlerweile wurden die zentralen Funktionen des Systems neu aufgebaut und schnellere Prozessoren verbaut. Laut Fronius lässt sich der Schweißprozess dadurch noch genauer analysieren und kontrollieren.

Die positiven Effekte bringt das Unternehmen auf seiner Webseite wie folgt auf den Punkt: „reduzierte Spritzerbildung im Kurzlichtbogenprozess, verbesserte Tropfenablöse, noch stabilerer Lichtbogen bei höherer Schweißgeschwindigkeit, kontrollierte Zündeigenschaften uvm.“

EWM bietet Schweißbetrieben neben dem MIG/MAG-Multiprozessschweißgerät Titan XQ puls auch das Welding 4.0-Schweißmanagement-System ewm Xnet 2.0 als Gesamtlösung an, mit der die Schweißarbeiten qualitativ hochwertig und wirtschaftlich sparsam durchgeführt werden können. Dabei werden alle Faktoren in der Schweißtechnik ganzheitlich betrachtet, wodurch die einzelnen Komponenten sehr gut aufeinander abgestimmt werden können. Außerdem lassen sich damit sämtliche Schweißdaten in Echtzeit erfassen. Darüber hinaus unterstützt ewm Xnet auch bei der Bauteileverwaltung sowie bei der Erstellung von Schweißfolgeplänen. Aber auch bei der Zuordnung von Schweißanweisungen ist das Tool hilfreich.

Lorch hat ein System auf den Markt gebracht, mit dem vor allem die Qualität der Naht überwacht und laufend bewertet wird. Q-Sys 2020, so der Name der innovativen Lösung, bei der als Schnittstelle das CAN-Bus LorchNet zum Einsatz kommt. Auch die Stromquellen wurden Schritt für Schritt digitalisiert und neue Lichtbogen-Prozesse in die Inverter integriert, um noch effizienter und schneller, aber gleichzeitig auch genauer arbeiten zu können. Diese digital gesteuerten Lichtbögen können zudem mehr oder weniger beliebig gestaltet werden.

DATENMANAGEMENT ÜBER DIE CLOUD

Im Sinne der nahtlosen Vernetzung werden die Daten während des Schweißens bzw. der Fertigung vermehrt über eine Cloud gemanagt. Ein Anbieter hier ist beispielsweise Esab mit seinem System WeldCloud, mit dem der gesamte Prozess bis zur einzelnen Naht aus der Ferne nachverfolgt werden kann. Auch eine etwaige Feinjustierung kann über WeldCloud erledigt werden. Das finnische Unternehmen Kemppi startete schon im Jahr 2008 mit ihrem Kemppi Arc System eine cloudbasierte Lösung, um unter anderem WPS und Schweißdaten austauschen, aber auch Schweißerberechtigungen zuweisen zu können. Seit 2014 heißt das System Weldeye.

SICHERHEIT BEIM SCHWEISSEN

Nicht nur die Schweißgeräte selbst, auch die Schutzvorkehrungen vollziehen eine rasante Entwicklung. So bietet etwa Fronius mit dem Vizor Connect einen Schweißhelm an, der über Bluetooth mit einer Stromquelle kommuniziert und dadurch schon vor der Zündung das Visier abdunkelt. Oder das FumeEx-Absaugset, das auf den Handschweißbrenner montiert den krebserregenden Schweißrauch direkt an der Schweißstelle absaugt.

WIG-SCHWEISSEN

Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen; auch bekannt als TIG-Schweißen/USA) zählt zu den Schmelzschweißverfahren mit einem Schutzgas und ist vor allem für die Verarbeitung von rostfreien Stählen, Aluminium- und Nickellegierungen sowie von dünnen Blechen aus Aluminium und Edelstahl und bei sehr filigranen Bauteilen optimal geeignet.

Bis zu einer Blechdicke von 4 Millimetern lassen sich mit dieser Schweißtechnik wirtschaftliche Schweißgeschwindigkeiten erzielen. Der Strom wird über eine Wolfram-Elektrode zugeführt, die aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeit nicht abschmilzt – mit 3.422° Celsius hat Wolfram einen enorm hohen Schmelzpunkt. Die Elektrode wird am Minuspol geführt, da am Pluspol ca. 3.700° Celsius entstehen und somit die Elektrode zerstört werden würde. Vom dabei entstehenden Lichtbogen werden Zusatzwerkstoffe wie Drähte oder Stäbe und der jeweilige Grundwerkstoff erwärmt und verflüssigt respektive miteinander verschmolzen.

Als inerte Schutzgase kommen vorwiegend Argon, Helium oder Gemische zum Einsatz. Damit wird verhindert, dass das flüssige Schmelzbad mit der Umgebungsluft reagiert, bzw. wird dadurch auch die Wolfram Elektrode vor Sauerstoff geschützt. Dadurch entstehen unter anderem auch qualitativ hochwertige und spritzerfreie Nähte, die ein Minimum bis gar keine Nachbearbeitung erfordern, ausgenommen ist natürlich die Entfernung der Anlassfarben. Bei der Verarbeitung von hochlegierten Stählen werden auch Argon-Wasserstoff-Mischungen eingesetzt.

Das WIG-Schweißverfahren kommt unter anderem in den Bereichen Rohrleitungs- und Behälterbau, im Portalbau, in der Luft- und Raumfahrt sowie beim Wurzelschweißen an unlegierten bzw. niedriglegierten Stählen zum Einsatz. Aber auch bei Hobby-Schweißern ist das WIG-Schweißen mittlerweile ein sehr beliebtes Verfahren.

DIE VARIANTEN DES WIG-SCHWEISSEN

• Beim WIG-Kaltdrahtschweißen wird ein Kaltdraht automatisiert zugeführt, wodurch sich die Produktivität und die Geschwindigkeit des Schweißvorgangs steigern lässt.
• Demgegenüber steht das WIG-Heißdrahtschweißen, bei dem der Zusatzwerkstoff erhitzt wird. Auf diese Weise werden nicht nur die Abschmelzmenge bzw. -leistung, sondern auch die Schweißgeschwindigkeit gesteigert. Das WIG-Heißdrahtschweißen ist eine Weiterentwicklung des WIG-Kaltdrahtschweißens. Der Zusatzwerkstoff wird von einer separaten Stromquelle aufgeheizt – und zwar durch Widerstandserwärmung im freien Drahtende zwischen Kontaktrohr des Heißdrahtbrenners und Schmelzbad.

Durch die verbesserte Wärmebilanz des Verfahrens ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem WIG-Kaltdrahtschweißen:

- bis zu 100% höhere Schweißgeschwindigkeit,

- bis zu 60% höhere Abschmelzleistung,

- Reduktion der Aufmischung bis zu 60%,

- höhere Abschmelzmenge (30-50%) bei gleicher Schweißleistung und

- einfacheres Schweißen in Zwangslage.

• Beim mechanisierten Verbindungsschweißen kommt das von der Firma Fronius entwickelte Arctig-Verfahren zum Einsatz, das einerseits eine optimale Nahtoptik und eine sehr hohe Qualität ermöglicht.
• Um die Lebensdauer der Bauteile zu erhöhen, werden diese mit Speziallegierungen überzogen – dies geschieht beim sogenannten Cladding respektive Auftragschweißen. Dabei wird eine verschleißfreie Schicht aufgebracht, welche immer wieder erneuert werden kann und somit den Bauteil schützt.
• Wenn die Nahtqualitäten stabil und gleichbleibend sein müssen, wie dies beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, beim Rohrleitungs- oder Pipelinebau sowie in der chemischen Industrie der Fall ist, kommt das Orbital-Schweißen zum Einsatz.

DIE VORTEILE DES WIG-SCHWEISSENS AUF EINEN BLICK

• Mit diesem Verfahren lassen sich alle Metalle verschweißen.
• Es bilden sich keine Schweißspritzer.
• Die Schweißnähte sind hochwertig – optisch und qualitativ.
• Alle Schweißpositionen sind beim WIG-Schweißen möglich.
• Auch Nicht-Profis können damit sehr gute Ergebnisse erzielen.

DIE NACHTEILE DES WIG-SCHWEISSENS AUF EINEN BLICK

• Das WIG-Schweißen ist nicht für hohe Blechdicken geeignet.
• Im Vergleich zu anderen Verfahren ist die Schweißgeschwindigkeit niedriger.