Schweißverfahren



 

Für die meisten Schweißprozesse ist es erforderlich, die Temperatur des Werkstücks örtlich und schnell so stark zu erhöhen, daß die Metalle gefügt werden können. Die Art der Wärmequelle ist der Oberbegriff für eine Gruppe von Schweißprozessen, z.B. Gasschweißen, Lichtbogenschweißen, Widerstandsschweißen oder Reibschweißen. Eines der Hauptprobleme beim Schweißen ist, dass die Metalle leichter mit der Atmosphäre reagieren, als ihre Temperatur ansteigt. Der Schutz des Schweißbereiches vor der Atmosphäre ist das zweite wichtige Unterscheidungsmerkmal der Schweißprozesse. Die Möglichkeiten reichen von Schweißpulvern, die im Lichtbogen eine schützende Schlacke ausbilden, bis zu inerten Schutzgasen. Bei einigen Prozessen wird sogar ein Vakuum erzeugt, um die Atmosphäre fernzuhalten. Einige Prozesse sind für spezielle Anwendungen entwickelt worden, während andere sehr vielseitig einsetzbar sind und einen großen Bereich von Schweißaufgaben abdecken können. Einerseits wird Schweißen im allgemeinen zum Verbinden gleichartiger und sogar verschiedener metallischer Werkstoffe benutzt, andererseits gewinnt aber das Reparatur-und Auftragschweißen beschädigter oder verschlissener Bauteile immer mehr Bedeutung. Zum Herstellen verschleißfester Schichten wird das Hartauftragschweißen (Panzern) angewendet. Die damit erzeugten Bauteiloberflächen besitzen dann eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven oder schlagenden Verschleiß. Soll die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden, wird das Bauteil plattiert. Dabei wird ein, gegen das angreifende Medium, resistenter Werkstoff auf einen kostengünstigeren Trägerwerkstoff aufgetragen. Bereits zum Ende des 19. Jahrhunderts eingeführt, bilden die Lichtbogenschweißprozesse noch heute die am häufigsten angewendete Gruppe der Schweißtechnologien. Wie bereits der Name vermuten läßt, ist die Wärmequelle ein elektrischer Lichtbogen, der zwischen dem Werkstück und einer metallischen Elektrode brennt. Die elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt und erzeugt eine Lichtbogentemperatur von über 7000°C, welche den Werkstoff zum Schmelzen bringt und so eine homogene Verbindung herstellt. Die Ausrüstung kann in Größe und Komplexität sehr unterschiedlich sein, wobei das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen den Lichtbogenschweißprozessen die Art des Schutzes vor der Atmosphäre und die Art des Zusatzwerkstoffes sind. Die Lichtbogenschweißprozesse umfassen das Metall-Lichtbogenschweißen, das Unterpulverschweißen und das Schutzgasschweißen, wobei letzteres weiter unterteilt wird in Metall-Schutzgasschweißen und Wolfram-Schutzgasschweißen.

Stabelektrodenschweißen


Das Lichtbogenhandschweißen wird häufig auch als E-Handschweißen bezeichnet. Es ist der älteste und vielseitigste der Lichtbogenschweißprozesse. Der elektrische Lichtbogen wird zwischen einer umhüllten Stabelektrode und dem Werkstück aufgebaut. Der metallische Kernstab schmilzt im Lichtbogen ab und geht tropfenförmig in das Schweißbad über. Ein Teil, der mit gleicher Geschwindigkeit abschmelzenden Umhüllung, verdampft, stabilisiert den Lichtbogen und sorgt für den nötigen Gasschutz. Der Rest der Umhüllung bildet eine Schlacke, die das Schweißbad und die abkühlende Naht vor der Atmosphäre schützt. Diese Schlacke muß nach jeder Lage entfernt werden. Es gibt hunderte verschiedener Elektroden. Über ihre Legierungselemente lassen sich Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht sehr genau beeinflussen. Das Lichtbogenhandschweißen wird meist an Eisenwerkstoffen eingesetzt. Seine Einsatzfelder sind sehr verschieden. Trotz der vergleichsweise geringen Abschmelzleistung hat der Prozeß unschlagbare Vorteile beim Schweißen im Freien und an schlecht zugänglichen Fügestellen.

MIG/MAG


Das MIG/MAG–Schweißen gehört zu den Metall-Schutzgasschweißprozessen. Der Lichtbogen brennt zwischen einer kontinuierlich zugeführten, abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück. Der Lichtbogen und das Schweißbad werden durch ein aktives oder inertes Gas geschützt. Der Prozeß kann für die meisten Werkstoffe eingesetzt werden und es gibt eine große Palette an Schweißzusätzen. MIG/MAG–Schweißen ist wesentlich produktiver als Lichtbogenhandschweißen. Der häufige Elektrodenwechsel entfällt und die Netto-Ausbringung ist wesentlich größer, da kein Rest mehr übrigbleibt. Von jedem Kilogramm eingesetzter Stabelektroden gehen nur 65% in das Schweißgut ein. Bei Drahtelektroden liegt dieser Wert bereits bei 85–90%. MIG/MAG–Schweißen ist ein sehr vielseitiger Prozeß, mit dem in allen Positionen hohe Abschmelzleistungen erreicht werden können. Er wird in fast allen Bereichen angewendet, in denen Schweißaufgaben an un- und niedriglegierten Stählen, hochlegierten Stählen, Nickelbasiswerkstoffen sowie Aluminium anfallen. An hochlegierten Stählen und Aluminium wird häufig das MIG/MAG-Impulsschweißen eingesetzt. Immer häufiger werden Fülldrähte verarbeitet, die neben einer nochmals erhöhten Produktivität auch eine Reihe anderer Vorteile mitbringen.

WIG-Schweißen


Das Wolfram-Inertgas–Schweißen gehört zu den Schutzgas-Schweißprozessen. Der Lichtbogen brennt zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Die Elektrode, der Lichtbogen und das Schmelzbad werden mit einem inerten Gas vor der Atmosphäre geschützt. Wenn ein Schweißzusatz erforderlich ist, wird er als Kaltdraht zugeführt und vor dem Schmelzbad im Lichtbogen abgeschmolzen. Mit dem WIG–Prozeß werden sehr saubere und hochwertige Schweißverbindungen hergestellt. Es entstehen keine Spritzer. Bindefehler, Einbrandkerben und Poren sind leicht zu vermeiden. Der Prozeß kann sowohl manuell als auch teil- oder vollmechanisch ausgeführt werden. WIG–Schweißen wird meistens an Aluminium und hochlegierten Stählen einsetzt, da hier die Nahtqualität gefordert werden, die mit anderen Schweißprozessen kaum erreichbar sind. Der Prozeß wird für Schweißverbindungen in Bereichen eingesetzt, die besonders hohe Qualitätsanforderungen haben, z.B. Kernkraft, Chemie, Luft- und Raumfahrt sowie Lebensmittelindustrie.