Schweißtechnik

Beim Gasschmelzschweißen, umgangssprachlich auch Autogenschweißen genannt, wird das Metall durch Verbrennungsgase erhitzt, meist ein Acetylen-Sauerstoff-Gemisch. Die Temperatur der Flamme beträgt dabei etwa 3200 °C. In der Regel wird ein Schweißdraht als Zusatzwerkstoff verwendet.

Das Verfahren wurde früher autogen (aus sich selbst heraus) genannt, weil außer der Metallschmelze selbst keine Stoffe mitwirken. Denn die Gasflamme schirmt das Schweißbad gegenüber der umgebenden Atmosphäre ab; bei neutraler Einstellung des Brenners wird in den Bereich der Flamme, der zum Schweißen dient, exakt so viel Sauerstoff zugeführt, wie das Acetylen für die Verbrennung benötigt.

Das Gasschmelzverfahren eignet sich sowohl für Schweißarbeiten im Werk als auch auf der Baustelle. Je nach Art der Zusatzdrahtführung unterscheidet man das "Nach-Links-Schweißen", bei dem der Draht in Schweißrichtung vor dem Schmelzbad geführt wird, oder das "Nach-Rechts-Schweißen", bei dem die Flamme vor dem Draht geführt wird. Durch den großen Wärmeeinflussbereich wird ein hoher Verzug am Werkstück hervorgerufen. Das relativ langsame Verfahren eignet sich in erster Linie zum Schweißen dünner Bleche und einiger NE-Metalle sowie für Reparatur- und Auftragsschweißung. Besonders im Heizungs-, Installations- und Rohrleitungsbau kommt dieses Verfahren zur Anwendung, verliert jedoch auch dort zunehmend an Bedeutung.

Das Lichtbogenhandschweißen ist eines der ältesten elektrischen Schweißverfahren für metallische Werkstoffe, welches heute noch angewandt wird. Ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer als Zusatzwerkstoff abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück wird als Wärmequelle zum Schweißen genutzt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird der Werkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Als Schweißstromquellen dienen Schweißtransformatoren (Streufeldtransformatoren) mit oder ohne Schweißgleichrichter, Schweißumformer oder Schweißinverter. Je nach Anwendung und Elektrodentyp kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom geschweißt werden.

Umhüllte Stabelektroden, zum Beispiel für unlegierte Stähle gemäß ISO 2560-A, entwickeln beim Abschmelzen Gase und Schweißschlacken. Die Gase aus der Umhüllung stabilisieren den Lichtbogen und schirmen das Schweißbad vor der Oxidation durch den Luftsauerstoff ab. Die Schweißschlacke hat eine geringere Dichte als die Schmelze, wird auf die Schweißnaht geschwemmt und sorgt für zusätzlichen Schutz der Schweißnaht vor Oxidation. Ein weiterer erwünschter Effekt der Schweißschlacke ist die Verringerung der Schweißschrumpfspannungen durch die langsamere Abkühlung, da dem Bauteil mehr Zeit bleibt, die plastische Verformung rückzuentwickeln.

Hauptanwendungsbereich des Lichtbogenhandschweißens ist der Stahl- und Rohrleitungsbau. Elektrodenschweißungen werden wegen der deutlich geringeren Schweißgeschwindigkeiten bevorzugt im Montagebereich angewendet, da der maschinelle Aufwand im Vergleich zu anderen Verfahren verhältnismäßig gering ist. Eine Elektrodenschweißung kann auch unter ungünstigen Witterungsverhältnissen, wie beispielsweise Wind und Regen noch fehlerfrei durchgeführt werden, was gerade auch bei Außenarbeiten von Bedeutung ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schweißung – im Unterschied zu anderen Verfahren – auch dann häufig noch mängelfrei durchgeführt werden kann, wenn die Schweißfuge nicht vollständig metallisch blank ist. Lichtbogenhandschweißen ist auch unter Wasser möglich.

Das teilmechanische Metallschutzgasschweißen, wahlweise als MIG (Metallschweißen mit inerten Gasen) oder MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven, also reaktionsfähigen Gasen), ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Die gebräuchlichen Schweißdrahtdurchmesser liegen zwischen 0,8 und 1,2 mm. Gleichzeitig mit dem Drahtvorschub wird der Schweißstelle über eine Düse das Schutz- oder Mischgas mit ca. 10 l/min (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdrahtdurchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO₂ oder einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen CO₂ und O₂ gearbeitet. Je nach ihrer Zusammensetzung kann der Schweißprozess (Einbrand, Tropfengröße, Spritzerverluste) aktiv beeinflusst werden; beim Metallinertgasschweißen (MIG) wird als Edelgas Argon, seltener auch das teure Edelgas Helium, verwendet. Das MAG-Verfahren wird in erster Linie bei Stählen eingesetzt, das MIG-Verfahren bevorzugt bei NE-Metallen.

Das Wolfram-Inertgasschweißen zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch eine Reihe von Vorteilen aus. In Verbindung mit dem WIG-Pulsschweißen und WIG-Wechselstromschweißen lässt sich jeder schmelzschweißgeeignete Werkstoff fügen. Beim WIG-Schweißen entstehen praktisch keine Schweißspritzer; die gesundheitliche Belastung durch Schweißrauche ist verhältnismäßig gering. Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweißens ist, dass nicht mit einer abschmelzenden Elektrode gearbeitet wird. Die Zugabe von Schweißzusatz und die Stromstärke sind deshalb entkoppelt. Der Schweißer kann seinen Schweißstrom optimal auf die Schweißaufgabe abstimmen und muss nur so viel Schweißzusatz zugeben, wie gerade erforderlich ist. Dies macht das Verfahren besonders geeignet zum Schweißen von Wurzellagen und zum Schweißen in Zwangslagen. Durch den verhältnismäßig geringen und kleinräumigen Wärmeeintrag ist der Schweißverzug der Werkstücke geringer als bei anderen Verfahren. Wegen der hohen Schweißnahtgüten wird das WIG-Verfahren bevorzugt dort eingesetzt, wo die Schweißgeschwindigkeiten gegenüber den Qualitätsanforderungen zurücktreten. Dies sind beispielsweise Anwendungen im Rohrleitungs- und Apparatebau im Kraftwerksbau oder der chemischen Industrie.

Die WIG-Schweißanlage besteht aus einer Stromquelle, die in den meisten Fällen auf Gleich- oder Wechselstromschweißen geschaltet werden kann, und einem Schweißbrenner, der mit der Stromquelle durch ein Schlauchpaket verbunden ist. Im Schlauchpaket befinden sich die Schweißstromleitung, die Schutzgaszuführung, die Steuerleitung und bei größeren Brennern der Zu- und Rücklauf des Kühlwassers.

Meist wird zum Schweißen das Edelgas Argon eingesetzt, seltener Helium oder ein Gemisch aus beiden Gasen. Dabei wird das verhältnismäßig teure Helium aufgrund seiner besseren Wärmeleitfähigkeit verwendet, um die Wärmeeinbringung zu erhöhen. Bei austenitischen nichtrostenden Stählen können geringe Mengen an Wasserstoff im Schutzgas die Viskosität der Schmelze herabsetzen und die Schweißgeschwindigkeit steigern.

Beim WIG-Schweißen kann sowohl mit als auch ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet werden. Zum manuellen Schweißen werden wie beim Gasschmelzschweißen meist stabförmige Zusätze verwendet. Verwechselungen mit den Gasschweißstäben müssen allerdings unbedingt vermieden werden, da die chemischen Zusammensetzungen voneinander abweichen. - Quelle: Wikipedia