DER SCHWEIßPROZESS IM DETAIL ERKLÄRT

Unter Schweißen versteht man die Vereinigung oder Fusion von Werkstücken unter der Verwendung von Wärme und/oder Druck, sodass die Werkstücke eine Einheit bilden. Beim Schweißen ist die Wärmequelle eine Lichtbogenflamme, die über die Elektrizität der Schweißstromquelle erzeugt wird. Das lichtbogenbasierte Schweißen wird als Lichtbogenschweißen bezeichnet.

Das Verschmelzen der Werkstücke kann allein durch die vom Lichtbogen erzeugte Wärme erfolgen, mit der die Werkstücke miteinander verschmelzen. Diese Methode kann beispielsweise beim WIG-Schweißen angewandt werden.

In der Regel werden jedoch die Werkstücke mit Hilfe eines Zusatzwerkstoffs über die Schweißnaht bzw. Schweißstelle miteinander verschweißt. Hierfür wird ein Drahtvorschubgerät über einen Schweißbrenner (MIG/MAG-Schweißen) oder eine Schweißelektrode mittels Handvorschub verwendet. Bei diesen Verfahren muss der Zusatzwerkstoff etwa denselben Schmelzpunkt wie das zu schweißende Material besitzen.

Vor dem Schweißen werden die Ränder der Werkstücke so zusammengesetzt, dass sie eine geeignete Schweißfuge bilden, z.B. eine V-Fuge. Im Verlauf des Schweißvorgangs verschweißt der Lichtbogen die Fugenränder miteinander über den Zusatzwerkstoff, wodurch ein flüssiges Schweißbad entsteht.

Um eine dauerhafte Schweißverbindung zu erhalten, muss das Schweißbad vor Sauerstoffanreicherung (Oxygenierung) und Einflüssen aus der Umgebungsluft geschützt werden, z.B. mit Hilfe von Schutzgas oder Schlacke. Das Schutzgas wird über den Schweißbrenner in das flüssige Schweißbad eingeleitet. Die Schweißelektrode kann auch mit einem Material beschichtet sein, das Schutzgas erzeugt und dazu dient, dass sich Schlacke über dem Schweißbad bildet.

Die gängigsten geschweißten Materialien sind Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, Weichstahl und Edelstahl. Kunststoffe können ebenfalls geschweißt werden. Beim Kunststoffschweißen ist die Wärmequelle erhitzte Luft oder ein elektrischer Widerstand.

LICHTBOGEN

Bei dem für das Schweißen benötigten Lichtbogen handelt es sich um eine elektrische Entladung zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück. Der Lichtbogen entsteht, wenn ein ausreichend großer Spannungsimpuls zwischen den Teilen erzeugt wird. Beim WIG-Schweißen kann dies durch Triggerzündung erreicht werden oder wenn die Schweißelektrode auf das zu schweißende Material getippt wird (Kontaktzündung).

Hierbei entlädt sich die Spannung wie ein Blitzschlag, wodurch der Elektrizität ermöglicht wird, durch einen Luftspalt zu fließen, was zur Erzeugung eines Lichtbogens führt, der eine Temperatur von mehreren tausend Grad Celsius besitzt, bei einem Maximum von 10.000 Grad Celsius (18.000 Grad Fahrenheit). Über die Schweißstromversorgung bildet sich durch die Schweißelektrode ein Dauerstrom zum Werkstück und aus diesem Grund muss das Werkstück über ein Massekabel in der Schweißmaschine geerdet werden, bevor der Schweißprozess begonnen wird.

Beim MIG/MAG-Schweißen entsteht der Lichtbogen, wenn der Zusatzwerkstoff die Oberfläche des Werkstücks berührt und ein Kurzschluss erzeugt wird. Dann schmilzt ein wirksamer Kurzschlussstrom das Ende des Fülldrahtes und ein Lichtbogen wird erzeugt. Um eine glatte und dauerhafte Schweißnaht zu erhalten, sollte der Schweißlichtbogen stabil sein. Daher ist es wichtig, dass eine Schweißspannung verwendet und eine Drahtvorschubgeschwindigkeit gewählt wird, die sich für den zu schweißenden Werkstoff und seine Stärke eignen.

Außerdem beeinflusst die Arbeitstechnik des Schweißers die Feinheit des Lichtbogens und folglich auch die Qualität der Schweißnaht. Der Abstand von der Schweißelektrode zur Fuge und die gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißbrenners sind wichtige Faktoren für erfolgreiches Schweißen. Das Abschätzen der richtigen Spannung und Drahtvorschubgeschwindigkeit gehört als wichtiger Bestandteil zu den Kompetenzen des Schweißers.

Jedoch bieten moderne Schweißmaschinen mehrere Optionen, welche die Arbeit des Schweißers einfacher gestalten, wie z.B. die Speicherung vorherig benutzter Schweißeinstellungen oder die Verwendung voreingestellter Synergiekurven, wodurch die Schweißparameter für die bevorstehende Aufgabe einfacher festgelegt werden können.

SCHUTZGAS BEIM SCHWEISSEN

Das Schutzgas spielt oft eine wichtige Rolle für die Produktivität und Qualität der Schweißarbeit. Wie der Name schon sagt, schützt das Schutzgas die sich verfestigende Schweißnaht sowohl vor Sauerstoffanreicherung als auch vor Verunreinigungen und Feuchtigkeit aus der Luft, da diese Faktoren dafür verantwortlich sein können, dass die Korrosionsbeständigkeit und allgemeine Dauerhaftigkeit der Schweißnaht abnimmt und eine poröse Schweißnaht entsteht, indem die geometrischen Merkmale der Schweißverbindung verändert werden. Außerdem kühlt das Schutzgas den Schweißbrenner. Die bekanntesten Schutzgaskomponenten sind Argon, Helium, Kohlendioxid und Sauerstoff.

Das Schutzgas kann inert oder aktiv sein. Ein Inertgas geht gar keine Reaktion mit dem flüssigen Schweißbad ein, während ein Aktivgas am Schweißprozess beteiligt ist, indem es den Lichtbogen stabilisiert und die fließende Übertragung von Material zur Schweißstelle bewirkt. Inertgas wird beim MIG-Schweißen (Metalllichtbogen-Inertgasschweißen) eingesetzt, während Aktivgas für das MAG-Schweißen (Metalllichtbogen-Aktivgasschweißen) verwendet wird.

Ein Beispiel für ein Inertgas ist das Argon, das nicht mit dem flüssigen Schweißbad reagiert. Es ist das am häufigsten eingesetzte Schutzgas beim WIG-Schweißen. Kohlendioxid und Sauerstoff reagieren jedoch mit dem flüssigen Schweißbad, ebenso wie ein Gasgemisch aus Kohlendioxid und Argon.

Helium (He) ist ebenfalls ein Inertschutzgas. Helium und Helium-Argon-Gemische werden beim WIG- und MIG-Schweißen eingesetzt. Im Vergleich zu Argon gewährleistet Helium einen besseren Flankeneinbrand und eine höhere Schweißgeschwindigkeit.

Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) sind Aktivgase und werden als sogenannte oxygenierende Bestandteile eingesetzt, um den Lichtbogen zu stabilisieren und beim MAG-Schweißen eine fließende Übertragung von Material zu gewährleisten. Die jeweiligen Anteile dieser Gaskomponenten im Schutzgas werden durch den Stahltyp bestimmt.

NORMEN UND STANDARDS BEIM SCHWEIßEN

Mehrere internationale Richtlinien und Normen gelten für die einzelnen Schweißprozesse und den Aufbau und die Merkmale von Schweißmaschinen und Zubehör. Diese Richtlinien und Normen enthalten Definitionen, Anweisungen und Einschränkungen für die jeweiligen Schweißverfahren und den Aufbau von Schweißmaschinen, um die Sicherheit dieser Verfahren und Maschinen zu erhöhen und die Produktqualität sicherzustellen.

Beispielsweise gilt die IEC 60974-1 als allgemeine Norm für Lichtbogen-Schweißmaschinen, während die Richtlinie SFS-EN 759 die technischen Fachausdrücke hinsichtlich Produktformen, -abmessungen, -toleranzen, -kennzeichnungen und -lieferung enthält.

SICHERHEIT BEIM SCHWEIßEN

Mehrere Risikofaktoren sind mit dem Schweißen verbunden. Der Lichtbogen sendet extrem helles Licht und ultraviolette Strahlung aus, wodurch die Augen geschädigt werden können. Flüssige Metallspritzer und Funken können die Haut verbrennen und Brände verursachen und der beim Schweißen erzeugte Rauch kann sich als gefährlich erweisen, wenn er inhaliert wird.

Diese Gefahren können jedoch vermieden werden, indem man sich auf sie vorbereitet und eine angemessene Schutzausrüstung einsetzt.

Schutz vor Brand kann geschaffen werden, indem die Umgebung der Schweißstätte im Voraus geprüft wird und entzündbare Materialien aus dem Bereich entfernt werden. Außerdem müssen Feuerlöscheinrichtungen jederzeit einsatzbereit verfügbar sein. Außenstehenden ist es nicht gestattet, die Gefahrenzone zu betreten.

Augen, Ohren und Haut müssen mit einer angemessenen Schutzausrüstung geschützt werden. Eine Schweißmaske mit verdunkelter Blende schützt die Augen, Haare und Ohren. Lederschweißhandschuhe und eine robuste nichtentzündliche Schweißausrüstung schützen die Arme und den Körper vor Funken und Hitze.

Schweißrauch kann durch ausreichende Be- und Entlüftung der Arbeitsstätte vermieden werden.

Erfahren Sie mehr über Sicherheit beim Schweißen

SCHWEIßVERFAHREN

Die Kriterien für die Einteilung von Schweißverfahren umfassen die Methode, die für die Erzeugung der Schweißwärme verwendet wird und die Art und Weise, wie der Zusatzwerkstoff der Schweißstelle zugeführt wird. Die Wahl des zu verwendenden Schweißverfahrens basiert auf dem zu schweißenden Werkstoff, auf der Materialstärke, der erforderlichen Produktionseffizienz und der erwünschten visuellen Schweißnahtqualität.

Die am häufigsten eingesetzten Schweißverfahren sind das MIG/MAG-Schweißen, das WIG-Schweißen und das Elektrodenschweißen (manuelles Metalllichtbogenschweißen). Das älteste, bekannteste und immer noch am weitesten verbreitete Verfahren ist das manuelle Metalllichtbogenschweißen, das häufig in Installationswerkstätten und auf Außenbaustellen eingesetzt wird, die gute Erreichbarkeit erfordern.

Das langsamere WIG-Schweißverfahren ermöglicht die Erzielung extrem genauer Schweißresultate und wird daher für Schweißnähte verwendet, die später zu sehen sind oder besondere Präzision erfordern.

Das MIG/MAG-Schweißen ist ein vielseitiges Schweißverfahren, bei dem der Zusatzwerkstoff nicht separat dem Schweißbad zugeführt werden muss. Stattdessen läuft ein Draht mit umgebendem Schutzgas durch den Schweißbrenner direkt in das flüssige Schweißbad.

Es gibt außerdem weitere Schweißverfahren, um speziellen Anforderungen gerecht zu werden, wie z.B. das Laser-, Plasma-, Punkt-, Unterpulver-, Ultraschall- und Reibschweißen.