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Festkörper- oder Schmelzschweißen?

Die meisten Schweißprozesse sind entweder autogen oder es wird zusätzlich ein Füllstoff verwendet. Festkörperschweißprozesse sind in der Regel autogen, da beim Schweißen kein Zusatzwerkstoff verwendet wird.

Alle Schweißverfahren lassen sich grob in die Gruppen Schmelz- und Festkörperschweißen einteilen. Das Schmelzschweißen umfasst alle Schweißverfahren, bei denen Wärme direkt von einer externen Quelle zugeführt wird, um Grundmetalle zu verschmelzen oder zu schmelzen. Diese Wärme kann – mit oder ohne Füllstoff - auf verschiedene Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Lichtbogen, Brennen von Autogengas, Laserstrahl usw.

Fügen unterhalb des Schmelzpunktes

Anders ist es bei den Festkörperschweißverfahren. Bei diesen Methoden werden Werkstücke unter Druck miteinander verbunden, indem ein enger Kontakt zwischen ihnen hergestellt wird. Dies erfolgt bei einer Temperatur, die wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Grundmaterials liegt. Die Bindung der Materialien ist dann das Ergebnis einer Diffusion ihrer Grenzflächenatome. Für das Festkörperschweißen spielen vor allem Druck, Zeit und Temperatur eine Rolle.

Bei einigen Prozessen ist das Zeitelement jedoch extrem kurz, im Mikrosekundenbereich oder bis zu einigen Sekunden. In anderen Fällen verlängert sich die Zeit auf mehrere Stunden. Mit steigender Temperatur wird die Zeit normalerweise verkürzt. Hierbei ist es wichtig hervorzuheben, dass die Grundmaterialien beim Fügen normalerweise auf eine höhere Temperatur erwärmt werden, jedoch niemals auf eine Temperatur, die den Schmelzpunkt erreicht. Jeder Schweißprozess, bei dem kein Schmelzen stattfindet, fällt in die Gruppe der Festkörperschweißverfahren. Diese Schweißverfahren gehören zu den ältesten Schweißverfahren der Menschheitsgeschichte.

Eigenschaften der Werkstoffe bleiben erhalten

Im Vergleich zum Verfahren des Schmelzschweißens behalten beim Festkörperschweißen die zu fügenden Metalle ihre ursprünglichen Eigenschaften ohne die sonst auftretenden Wärmeeinflusszonenprobleme. Beim Festkörperschweißen ist die Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit von weitaus geringerer Bedeutung als beispielsweise beim Lichtbogenschweißverfahren.

Festkörperschweißprozesse sind normalerweise autogen und bezeichnen die Selbstständigkeit des Prozessverlaufs. „Im Gegensatz zu diesem Verfahren müssen bei anderen Schweißmethoden zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um die Schmelze vor Oxidation zu schützen“, erklärt Dr. Dirk Kampffmeyer, Experte für Anwendungstechnik Schweißen & Schneiden bei Messer.

Unter dem Dach des Festkörperschweißens befinden sich beispielsweise folgende Verfahren: Schmiedeschweißen, Ultraschallschweißen, Reibschweißen, Rollenschweißen, Kaltschweißen, Explosionsschweißen und Diffusionsschweißen etc.

Vorteile des Festkörperschweißens

  • Es ist mit diesem Verfahren in der Regel relativ einfach, unterschiedliche Metalle zu verbinden.
  • Da kein Schmelzen und Erstarren stattfindet, bieten autogene Prozesse einen vergleichsweise geringeren Hebel für Verzug und Eigenspannungserzeugung.
  • Die Wärmeeinflusszone (WEZ) stellt kein Problem dar, da sie meist schmaler ist als bei anderen Verfahren.
  • Die mechanischen Eigenschaften der Grundmaterialien bleiben erhalten, da keine Verschmelzung stattfindet.
  • Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht sind denen der Grundwerkstoffe ähnlich.
  • Das Schweißverfahren ist frei von Gefügefehlern (Poren, nichtmetallische Einschlüsse, Entmischung von Legierungselementen).
  • Es sind keine Verbrauchsmaterialien (Füllmaterial, Flussmittel, Schutzgase) erforderlich.
  • Es können auch ungleiche Metalle verbunden werden (Stahl – Aluminiumlegierung, Stahl – Kupferlegierung).
  • Es entsteht ein gutes Schweißbild.

Nachteile des Festkörperschweißens

  • Die Primärform der Komponenten ist ein entscheidender Faktor, da zum Aufbringen Druck erforderlich ist. Das heißt, eine geeignete Form ist notwendig, um gleichmäßig Druck auszuüben.
  • Es ist problematisch, mehr als zwei Komponenten gleichzeitig zu verbinden. In einigen Fällen ist es unmöglich.
  • Es erfordert eine spezielle Art der Fugengestaltung bzw. Kantenvorbereitung.
  • Eine gründliche Oberflächenvorbereitung in Form von Entfettung, Oxidentfernung, Bürsten bzw. Schleifen ist erforderlich.
  • Es wird kein Füllmaterial verwendet. Das bedeutet, dass keine breiten Wurzellücken gefüllt werden können.
  • Die Ausrüstung ist vergleichsweise kostenintensiv.

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