Seit dem Menschen Metall für ihr Handwerk und die Industrie nutzen, sind sie vor die Aufgabe gestellt diese metallischen Stoffe miteinander zu verbinden. Was mit Feuer und Hammer begann, resultierte seit der Entdeckung des elektrischen Lichtbogens im effizienten und schnellen Schweißen.
Generell werden beim Schweißen zwei Methoden unterschieden. Zum Einen ist es das Schmelzverbindungsschweißen, das eine Verbindung ohne Kraftaufwand ermöglicht. Und zum Anderen das Pressverbindungsschweißen, das für eine Vereinigung der Metalle Kraft benötigt.
In diesem Artikel konzentriere ich mich auf das Lichtbogenschweißverfahren, das unter Schmelzverbindungsschweißen fällt. Ich gehe auf die unterschiedlichen Lichtbögen ein und stelle die Metall-Schutzgas-Schweißverfahren (MSG) mit aktiven und inaktiven Gasen (MIG/MAG) vor sowie das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG).
Was ist Lichtbogenschweißverfahren?
Mit der Entdeckung des elektrischen Lichtbogens sowie der Produktion des elektrischen Stroms in der Industrie wurde das Schmelzschweißen revolutioniert.
Um den Lichtbogen zu erzeugen, wurden zunächst zwei Kohleelektroden als Lichtträger verwendet, kurze Zeit später wurden die Kohleelektroden durch einen Metallstab ausgetauscht, der zugleich auch als Schweißzusatzstoff diente.
Doch damit war die Schweißstelle nicht vor der Umgebungsluft geschützt, sodass das Schweißgut stets oxidationsgefährdet war. So wurden verschiedene Elektrodenumhüllungen entwickelt, um die Schweißerfahrung zu verbessern und Elektrohandschweißen wurde zu einer gängigen Schweißmethode.
Später kamen Schutzgase zum Einsatz, um die Schmelze vor der Oxidation zu schützen, dabei umströmen sie sowohl die Elektrode als auch die Schmelze. Die jeweiligen Gase werden direkt durch eine Integration im Brenner zugeführt.
Das Schutzgasschweißen ist wesentlich effizienter als das Elektrohandschweißen, da es sich fast vollständig automatisieren lässt. Das führt zu geringeren Kosten und durch die steigende Flexibilität in der Anwendung ist das Schutzgasschweißen sogar besser als produktivere Strahlschweißverfahren wie Laser- und Elektronenstrahlschweißen.
Abhängig von der Verfahrensvariante und den Schweißparametern, die der Schweißer wählt, wird der Draht auf unterschiedliche Weisen abgeschmolzen. Die Unterscheidung erfolgt in den Lichtbogenarten.
Welche Lichtbogenarten gibt es?
Die Lichtbogen unterscheiden sich im wesentlichen in ihrer Länge voneinander, die durch Stromstärke und -spannung bestimmt wird. Abhängig davon verändern sich die Formen der Schweißnaht.
Dabei gilt: Je stärker die Stromstärke, desto ebener sind die Übergänge der verschweißten Werkstoffe. Je höher die Lichtbogenspannung, desto mehr Tropfenvolumen wird erzeugt. Der Werkstoffübergang wird kurzschlussfrei.
Ist der Lichtbogen zu lang, wird dieser nach dem Werkstoffübergang reißen. Wenn die Schweißstromstärke steigt, steigt auch die Zahl der Tropfen bei abnehmendem Tropfenvolumen.
Rotierender Lichtbogen:
Der rotierende Lichtbogen hat eine sehr starke Wärmeleistung und ist dadurch noch leistungsstärker als der Sprühlichtbogen, weshalb sich dieser für besonders dicke Werkstoffe eignet. Es hat ein relativ langes, freies Drahtende und lenkt durch den hohen Lichtbogendruck den abschmelzenden Tropfen seitlich auf das Schmelzbad ab, sodass es eine rotierende Bewegung vollzieht.
Sprühlichtbogen:
Der Sprühlichtbogen sieht besenartig aus und garantiert einen kurzschlussfreien, feintropfigen Übergang von der Drahtelektrode in das Schweißbad. Die Wärme ist stark, wodurch sich die Wärmeeinflusszone ausdehnt. Diese Lichtbogenart eignet sich gut, um dicke Metalle bindefehlerfrei zu verschmelzen.
Übergangslichtbogen:
Der Übergangslichtbogen weist meist einen kurzschlussbehafteten Übergang auf, was zu weniger Spritzern führt. Die Wärmeleistung ist weniger als beim Sprühlichtbogen, aber größer als beim Kurzlichtbogen, so auch die Wärmeeinflusszone. Dieser Bogen eignet sich für mittel dicke Bleche.
Kurzlichtbogen:
Bein einem Kurzlichtbogen wird nur wenig Wärme verwendet. Dabei ändert sich die Lichtbogenlänge zyklisch. Der Materialübertrag geschieht nur während des Kurzschlusses. Das bedeutet, nach jedem Kurzschluss muss der Lichtbogen neu zünden, um den Werkstoff schmelzen zu können. Die Kurzschlüsse verursachen eine starke Spritzertendenz. Dieser Lichtbogen eignet sich gut in Zwangslagen aufgrund des zähflüssigen Schmelzbades. Der Kurzlichtbogen wird meistens für dünne Bleche verwendet.
Impulslichtbogen:
Mit dem Impulslichtbogen kann man sowohl dünne Bleche miteinander verschweißen und gleichzeitig spritzfreies und gleichmäßiges Brennen garantieren. Hier wird zwischen zwei Stromstärken immer wieder hin und her geschaltet. Der Grundstrom sorgt für ein konstantes Brennen des Lichtbogens und der Impulsstrom löst den Tropfen von der Drahtelektrode ab. Die Wärme ist wie beim Kurzlichtbogen nicht besonder stark.
Was ist Metall-Schutzgas-Schweißen?
Beim Metallschutzgasschweißen (MSG) ist das Schweißdraht um einen Motor gewickelt, dessen Geschwindigkeit veränderbar ist. Dieser Motor führt den abschmelzenden Schweißdraht fortwährend ab.
Der Schweißdraht hat meist einen Durchmesser zwischen 0,8 und 1,6 mm. Parallel zur Abführung des Schweißdrahtes wird durch eine Düse Schutzgas der Schmelze zugeführt mit einem Schutzgasvolumenstrom von 10 l/min pro Schweißdrahtdurchmesser in mm. So bleibt die Schweißnaht sicher vor Oxidation.
Was ist MIG/MAG Schweißen?
Das Schutzgas, das dabei verwendet wird, hängt von den Werkstoffen ab, die der Schweißer zu verschweißen gedenkt. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) werden aktive Gase zum Schutz der Schmelze verwendet. So handelt es sich meist um reines Kohlendioxid, ein Mischgas aus Argon und Kohlendioxid, oder ein Gemisch aus Argon geringen Mengen von Kohlendioxid und Sauerstoff.
Diese Mischung ist stets davon abhängig welches Schweißergebnis erzielt werden soll. So können sich die Gase auf Einbrand, Tropfengröße und Spritzer auswirken.
Beim Metallinertengasschweißen (MIG) werden inaktive Edelgase wie Argon, Helium oder ein Gemisch aus den beiden genutzt, um der Schmelze Schutz zu bieten. Wobei Argon die wesentlich günstigere Variante ist als das teurere und knapper werdende Helium.
Beim MIG/MAG Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer stets abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück. Auch der Lichtbogen wird von dem verwendeten Schutzgas geschützt. Das MAG Verfahren wird in erster Linie bei Stählen angewandt und das MIG bei Nicht-Eisen Metallen.
MIG und MAG eignen sich für die meisten Werkstoffe aufgrund der großen Flexibilität was die Schweißzusatzstoffe angeht, aber auch die Produktivität. Im Gegensatz zu Lichtbogenhandschweißen entfallen die Kosten für den Elektrodenwechsel. Außerdem ist die Netto-Ausbringen viel höher, da die Drahtelektrode zu 85-90% im Schweißgut verwertet wird, während es Stabelektroden nur zu 65 % schaffen. Die Flexibilität ist zudem dadurch garantiert, dass hohe Abschmelzleistungen in allen Positionen erreicht werden können.
Schweißaufgaben an un- und niedriglegierten Stählen, hochlegierten Stählen, Nickelbasisstoffen und Aluminium werden samt dieser Methode verarbeitet. An hochlegierten Stählen sowie Alumiumin wird häufig das MIG/MAG Impulsschweißen eingesetzt. Immer öfter wird auch zum Fülldraht verwendet.
Fülldrahtschweißen
Das Schweißen mit Fülldrahtelektroden funktioniert im Grunde wie MIG/MAG Schweißen was die Ausrüstung und Bedienung angeht. Der Unterschied ist, dass der Fülldraht nicht massiv ist, sondern aus einem Pulverkern besteht, ummantelt mit Blech.
Wie beim MIG/MAG wird der Lichtbogen durch Schutzgase geschützt, die extern über den Brenner die Oxidation verhindern oder aber intern durch die Verpulverung des Fülldrahts im Lichtbogen. Außerdem kommt zum Gasschutz noch hinzu, dass rutile und basische Fülldrähte die Nahtoberfläche während der Abkühlung durch eine Schicht Schlacke schützen.
Was ist WIG Schweißen?
Beim Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Schweißgut. Die Schutzgase, die bei diesem Verfahren verwendet werden, sind inert (inaktiv). Schweißzusätze, die verwendet werden, müssen vorab als Kaltdraht im Lichtbogen abgeschmolzen werden.
Da beim WIG Schweißen keine Spritzer entstehen, garantiert diese Methode sehr hochwertige Schweißergebnisse. Auch Poren, Bindefehler und Einbrand kann der erfahrene Schweißer mit WIG hervorragend umgehen.
In Bereichen, in denen hohe Qualität absolut garantiert werden muss, wie in Luft- und Raumfahrt, in der Kernkraft, in der Chemie oder in der Lebensmittelindustrie sorgen Handwerker mit diesem Schweißprozess für die hohe Wertigkeit des Schweißguts.
Je nach Präferenz und Ausstattung kann WIG Schweißen sowohl manuell als auch mechanisch ausgeübt werden. Das Verfahren wird meist an Aluminium und hochlegierten Stählen eingesetzt, da die Nahtqualität an diesen Metallen schwerlich mit anderen Schweißmethoden erreicht werden kann.
Orbitalschweißen
Orbitalschweißen basiert auf dem WIG Schweißverfahren und sorgt dafür, dass Rohre aus hochwertigen Metallen mit verschiedenen Durchmessern miteinander verbunden werden.
Dieser Prozess ermöglicht es Rohre nicht umdrehen zu müssen, sondern entweder eine Schutzatmosphäre lokal am Brenner zu erzeugen oder bei pipeline-großen Rohren durch den Einsatz von Robotern auf Schienen die Schweißnähte geschützt zu halten.
Fazit
Dank den Metall-Schutzgas-Schweißverfahren MIG und MAG und dem Wolfram-Inert-Schweißen können Profi-Handwerker kosteneffizienter, produktiver und qualitativ hochwertiger ihre Arbeit verrichten. Das Schuzugas schützt die Schmelze und sorgt für ein oxidationsfreies Schweißergebniss.
Doch obacht: Schutzgase sind wetterempfindlich. Bei Benutzung im Freien kann der schützende Effekt aufgrund von Windeinflüssen reduziert werden.
Über die Autorin
Inara Muradowa ist SEO-Expertin und Corporate Blogger. Neben technischer Suchmaschinenoptimierung und SEO-Beratung steht sie Unternehmen mit Konzeption und Verfassen von professionellen Blogposts tatkräftig zur Seite.