Was ist Schweißen?

Schweißtechnologie einfach erklärt

Unter Schweißen versteht man die Vereinigung oder Fusion von Werkstücken unter der Verwendung von Hitze und/oder Kompression, sodass die Werkstücke ein Kontinuum bilden. Beim Schweißen ist die Wärmequelle eine Lichtbogenflamme, die über die Elektrizität der Schweißstromversorgung erzeugt wird. Lichtbogenbasierendes Schweißen bezeichnet man als Lichtbogenschweißen.

Das Verschmelzen der Werkstücke darf nur durch die vom Lichtbogen erzeugte Hitze erfolgen, mit der die Werkstücke miteinander verschmelzen. Diese Methode kann beispielsweise beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgasschweißen) angewandt werden.

Üblicherweise 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.

Die bekanntesten Schweißmaterialien sind Metalle, wie z. B. Aluminium, Stahl und Edelstahl. Kunststoffe können ebenfalls geschweißt werden. Beim Kunststoffschweißen ist die Wärmequelle heiße Luft oder ein elektrischer Widerstand.

Lichtbogen

Bei dem für das Schweißen benötigten Lichtbogen handelt es sich um eine elektrische Entladung zwischen Schweißelektrode und Werkstück. Der Lichtbogen wird erzeugt, wenn ein ausreichend großer Spannungsimpuls (Triggerzündung) zwischen den Werkstücken entwickelt oder die Schweißelektrode auf das zu schweißende Material getippt wird (Kontaktzündung).

Der Lichtbogen ist die Basis des Lichtbogenschweißens. Er schmilzt das Ausgangsmaterial und verschweißt den Zusatzwerkstoff, wodurch die Schweißnaht hergestellt wird.

Durch die Ionisierung der Luftstrecke kann sich die elektrische Ladung blitzartig entladen. Durch das Gas wird der Lichtbogen stabil gehalten und die Schmelze kommt zustande. Der Lichtbogen hat dabei eine maximale Temperatur 10.000 °C. Über die Schweißstromversorgung bildet sich durch die Schweißelektrode ein Dauerstrom zum Werkstück.

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 eine gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißbrenners sind wichtige Faktoren für ein 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

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.

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 zum Schweißbad 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 lädiert 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 der Stätte 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 nichtentzündbare Schweißausrüstung schützen die Arme und den Körper vor Funken und Hitze.

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

Bearbeitungsverfahren

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, WIG-Schweißen und E-Hand-Schweißen (MMA). Das bekannteste und immer noch am weitesten verbreitete Verfahren ist das E-Hand-Schweißen, das häufig auf Außenbaustellen eingesetzt wird.

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

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

Es existieren außerdem weitere Schweißverfahren, um speziellen Anforderungen gerecht zu werden, wie z.B. das Laser-, Plasma-, Punkt-, Unterpulver-, Ultraschall-, Reib- und automatisierte CNC-Schweißen.

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Technische Daten