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Ratgeber
Schweißen ist eine weit verbreitete Fügetechnik in der Metallverarbeitung. Sie wird auch in einigen anderen Materialien wie Kunststoffen eingesetzt. Ziel: Das Herstellen einer starken, zuverlässigen und kontinuierlichen Verbindung zwischen Werkstücken, sodass sie als Einheit anzusehen sind. In unserem Ratgeber geben wir Ihnen einen Überblick über die wichtigsten Verfahren der Schweißtechnik.
Schweißen dient dem Verbinden von Metallen. Im Gegensatz zum Hartlöten und Löten ist Schweißen ein Hochtemperaturprozess, bei dem das Grundmaterial schmilzt. Zusätzlich wird in der Regel ein Zusatzwerkstoff in die Verbindung eingebracht, um ein Becken aus geschmolzenem Material – das Schweißbad – zu bilden. Nach dem Abkühlen entsteht eine Verbindung, die je nach Schweißnahtkonfiguration stärker sein kann als das Grundmaterial.
Zum Schweißen lassen sich viele verschiedene Energiequellen und spezifische Schweißgeräte verwenden, darunter Gasflamme, Lichtbogen, Laser und ein Elektronenstrahl. Welche Lösung die optimale ist, hängt vom Material, dem Können des Schweißers und den Umgebungsbedingungen ab. Obwohl es sich häufig um industrielle Anwendungen handelt, sind Schweißverfahren in vielen verschiedenen Umgebungen einsetzbar, unter anderem im Freien, unter Wasser und sogar im Weltraum.
Schweißen ist ein gefährliches Unterfangen. Deshalb sind Vorsichtsmaßnahmen entsprechend dem Arbeitsschutz erforderlich, um Verbrennungen, Stromschläge, Sehschäden, das Einatmen giftiger Gase und Dämpfe und die Exposition gegenüber intensiver ultravioletter Strahlung zu vermeiden.
Mit Schweißgeräten lassen sich Metalle nicht nur verbinden, man kann sie auch zum Schneiden verwenden. Der Unterschied besteht im Prinzip im Weglassen des Schweißzusatzes: Das Material wird an der zu trennenden Stelle so lange erhitzt, bis es schmilzt. Die Schneidtechnik lässt sich in der Regel allerdings nur auf relativ dünne Stahlplatten oder Stahlträger anwenden.
MIG-Schweißen steht für Metall-Inertgas-Schweißen. Es handelt sich dabei um eine der gängigsten Formen des Lichtbogenschweißens. Verwendet wird dabei eine Elektrode aus dünnem Draht, die als Schweißzusatz dient. Es gibt verschiedene Drahttypen für unterschiedliche Materialien und Anwendungen, wie beispielsweise Stahl, Edelstahl, Aluminium und Kupfer.
Während des Schweißvorgangs wird ein Schutzgas, normalerweise ein inertes Gas wie Argon oder ein Mischgas, um den Lichtbogen und die Schweißstelle geleitet. Das Schutzgas schützt die geschmolzene Schweißnaht vor der Umgebungsluft, die Oxidation und unerwünschte Verunreinigungen verursachen könnte.
Als Stromquelle für den Lichtbogen sind Konstantstrom-Netzteile und Konstantspannungs-Netzteile üblich. Beim Lichtbogenschweißen steht die Länge des Lichtbogens in direktem Zusammenhang mit der Spannung, die Menge der eingebrachten Wärme hängt vom Strom ab.
Der MIG-Schweißprozess ist relativ einfach zu erlernen und zu beherrschen. Er ermöglicht hohe Schweißgeschwindigkeiten, was in der Industrie bei der Massenproduktion von Vorteil ist. Die Schutzgasumgebung verhindert zudem das Auftreten von Oxidationen an der Schweißnaht. MIG-Schweißen lässt sich für eine Vielzahl von Materialien verwenden, einschließlich Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und deren Legierungen. MIG-Schweißen eignet sich sowohl für Reparaturen im Rahmen der Wartung, bei der Montage von Stahlträgern und Stahlplatten als auch für große Produktionsprozesse.
Eine Variante des MIG-Verfahrens ist das MAG-Verfahren. MAG steht für Metall-Aktivgas. Aktivgasmischungen wurden vor allem für das Schweißen von Stählen entwickelt. Typische Schutzgase sind Gemische aus Argon, Kohlendioxid und Sauerstoff.
Die Zusammensetzung des Schutzgases hat einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität des Lichtbogens, den Metallübergang und die Menge der Spritzer. Das Schutzgas beeinflusst auch das Verhalten des Schweißbades, insbesondere seine Eindringtiefe und die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung.
Das WIG-Schweißverfahren – WIG steht für Wolfram-Inertgas – ist äußerst vielseitig, aber es ist auch eine der schwierigeren Schweißtechniken, da dazu beide Hände benötigt werden: Eine Hand führt den Schweißdraht zu, während die andere den WIG-Brenner hält. Der Brenner erzeugt den Lichtbogen, mit dem die meisten herkömmlichen Metalle geschweißt werden können, darunter Aluminium, Stahl, Nickellegierungen, Kupferlegierungen, Kobalt und Titan. Das Besondere: Die Elektrode besteht aus Wolfram und schmilzt nicht. Sie ist sehr hitzebeständig und fungiert als Stromleiter, um den Lichtbogen zu erzeugen. Der Draht dient als Schweißzusatz.
Wie beim MIG-Verfahren wird auch bei WIG ein Schutzgas verwendet, normalerweise Argon oder ein Argon-Helium-Gemisch. Es schützt die Schweißstelle und die Wolfram-Elektrode vor der Umgebungsluft und vermeidet Oxidationen.
Die WIG-Technik erzeugt hochwertige Schweißnähte von großer Reinheit und mit nur minimalen Verunreinigungen. Außerdem lässt es sich auch bei geringen Stromstärken durchführen, was es für dünne Materialien und anspruchsvolle Verbindungen aus Edelstahl, Aluminium und Kupferlegierungen prädestiniert.
Das Plasmaschweißen ist dem WIG-Schweißen sehr ähnlich, da der Lichtbogen zwischen einer spitzen Wolframelektrode und dem Werkstück gebildet wird. Erzeugt wird der Plasmastrahl, indem ein Gas – in der Regel Argon – durch eine enge Düse austritt. Das Gas wird dann durch einen Lichtbogen erhitzt und ionisiert, wodurch ein extrem heißer und konzentrierter Plasmastrahl entsteht. Durch Variation des Bohrungsdurchmessers und der Plasmagasdurchflussrate lassen sich unterschiedliche Betriebsarten erzeugen.
Ein Mikroplasmalichtbogen entsteht bereits bei Schweißströmen von 0,1 bis 15 Ampere. Bei Strömen von 15 bis 200 Ampere sind die Prozesseigenschaften des Plasmalichtbogens ähnlich wie beim WIG-Lichtbogen. Bei über 100 Ampere entsteht ein sogenanntes Schlüsselloch-Plasma. Aufgrund des fokussierten und konzentrierten Plasmastrahls eignet sich diese Schweißmethode besonders für Präzisionsarbeiten und das Schweißen von dünnen Materialien.
Das Elektronenstrahl-Schweißen nutzt einen fokussierten Elektronenstrahl zur Wärmeerzeugung und zum Schweißen von Werkstücken. Es handelt sich um ein Vakuum-Schweißverfahren, das in einer luftleeren Kammer oder Vakuumkammer stattfindet.
Erzeugt wird der Strahl in einer elektronischen Spezialröhre, vom Prinzip her vergleichbar mit der Technik früherer Kathodenstrahl-Bildröhren. Die Röhre arbeitet hier ebenfalls mit sehr hohen Spannungen und fokussiert den Brennpunkt des Strahls durch Magnetfelder. Durch die Fokussierung auf einen sehr kleinen Bereich entsteht eine hohe Energiedichte. Sie reicht aus, um das Material lokal zu schmelzen.
Das Verfahren ermöglicht eine präzise Steuerung der Wärmezufuhr und minimiert thermische Verformungen. Es ist besonders geeignet für das Schweißen von hochreflektierenden Materialien und dünnen Werkstücken. Allerdings erfordert das Elektronenstrahl-Schweißen aufgrund der Notwendigkeit einer Vakuumumgebung spezielle Ausrüstung und eignet sich eher für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, bei der Herstellung von Halbleitern und in anderen Hochtechnologiebereichen.
Ein Schmelzschweißverfahren, um Metalle oder Thermoplaste mit einem fokussierten Laserstrahl zu verbinden. Es ist die fortschrittlichste Art des Schweißens und wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, von der Luft- und Raumfahrt über die Produktion medizinischer Geräte bis hin zur Schmuckherstellung.
Bei dieser Schweißtechnik wird ein hochkonzentrierter Lichtstrahl auf den Hohlraum zwischen den zu verbindenden Materialien fokussiert. Der leistungsstarke Laserstrahl schmilzt die Materialien an ihren Nähten zu einer homogenen Verbindung.
Gasschweißen ist eine der ältesten Formen des hitzebasierten Schweißens. Es benötigt keine Stromquelle, sondern unter Druck stehende Gase, die sich in einem Schweißbrenner vermischen und anzünden lassen. Gasschweißen ist deshalb besonders auf Baustellen oder Montagen ohne Zugriff auf Stromversorgungen im Einsatz. Beim Autogenschweißen sind in der Regel Druckgasflaschen mit Sauerstoff und brennbare Acetylen notwendig. Mit Gasschweißen sind sowohl Nichteisenmetalle als auch Eisenmetalle schweißbar.
In der Schweißtechnik gibt es eine Vielzahl von Materialien, Zubehör und Ausrüstungen, die den Schweißprozess unterstützen, die Sicherheit erhöhen und die Qualität der Schweißarbeiten verbessern. Dazu gehören in erster Linie Verbrauchs- und Verschleißteile wie Schweißdraht und Schweißelektroden. Schweißbrenner und Schweißpistolen sind für die Zufuhr des Schweißstroms und des Schutzgases nötig.
Als Teil des Arbeitsschutzes tragen Schweißer spezielle Schutzkleidung, die sie vor Funken, Spritzern und Hitze schützt. Sie umfasst Schweißerhelme mit Schutzvisieren, Schweißerhandschuhe, Schweißerjacken, Schweißerschürzen und feuerfeste Arbeitskleidung.
Schweißtische bieten in der Werkstatt eine stabile Arbeitsfläche, auf der sich die zu schweißenden Teile positionieren lassen. Schweißvorrichtungen und Schweißmagnete helfen bei der sicheren Befestigung und Ausrichtung der Werkstücke. Für das Erzeugen von Lichtbögen sind Schweißstromquellen nötig. Sie liefern die erforderliche Energie für den Schweißprozess. Es gibt verschiedene Arten von Schweißstromquellen, je nach Schweißverfahren und den Anforderungen der Anwendung. Beim MIG/MAG- und WIG-Schweißen werden Gasflaschen mit Schutzgas verwendet, um die Schweißstelle vor Oxidation und Verunreinigungen zu schützen. Gasschweißen erfordert Flaschen mit Sauerstoff und Acetylen.
Unter den Werkzeugen sind vor allem Schweißzangen, Abtrennschneider, Drahtbürsten und Schweißhämmer zu nennen. Diese Hilfsmittel dienen dazu, die Schweißstellen von Verunreinigungen, Rost und Schlacke zu befreien, um eine saubere Schweißnaht zu gewährleisten.