Schweißverfahren
Geschweißt wird in vielen Bereichen der Industrie und des Handwerks. Während für den Schweißfachbetrieb die Anwendung der Fügetechnologie das Kerngeschäft ausmacht, ist das Schweißen in manch anderem Bereich auf gelegentliche Reparatur- oder Instandsetzungsarbeiten beschränkt. Eine Substitution der Technologie Schweißen durch alternative Fügeverfahren ist häufig nicht möglich.
Schweißverfahren
Durch Schweißen lassen sich Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbinden. Eine Schweißverbindung wird unter Anwendung von Wärme und/oder Druck geschaffen. Die Schweißwärme wird also von außen zugeführt, zum Beispiel durch eine Gasflamme, oder entsteht im Prozess selbst, beispielsweise durch Reibung. Eine Schweißverbindung ist unlösbar, das heißt, dass sie nicht zerstörungsfrei getrennt werden kann. In vielen Schweißanwendungen werden Zusatzwerkstoffe verwendet, deren Schmelzpunkt in etwa auf dem Niveau der zu fügenden Werkstoffe (der Grundwerkstoffe) liegt. Eine Einteilung der Schweißverfahren geschieht häufig anhand des relevanten Energieträgers. Der Energieträger kann zum Beispiel Gas (Gasschweißen mit Acetylen und Sauerstoff), Strahlung (Laserstrahl-, Elektronenstrahlschweißen), elektrischer Strom (Widerstandspressschweißen) oder eine elektrische Gasentladung (Lichtbogenschweißen) sein.
Bauteil- und fertigungsspezifische Faktoren entscheiden schließlich darüber, welches Schweißverfahren angewendet wird. Auch wirtschaftliche Aspekte, wie erzielbare Schweißgeschwindigkeiten und die Abschmelzleistung, haben wesentlichen Einfluss auf die Verfahrensauswahl. Dennoch: Das Schweißverfahren bestimmt grundlegend, welche Gefährdungen für die Gesundheit in welcher Ausprägung zu erwarten sind. So ist die Art und Menge der freigesetzten Gefahrstoffe vorrangig durch das Schweißverfahren festgelegt. Die verfahrensspezifische Emission von Gefahrstoffen, insbesondere von Schweißrauch, kann sehr unterschiedlich sein. Erfahrungswerte für Emissionsraten der verschiedenen Schweißverfahren gibt die TRGS 528 „Schweißtechnische Arbeiten“ an und ordnet die Verfahren sogenannten Emissionsgruppen zu:
| Verfahren (beispielhafte Aufzählung) | Emissionsrate (mg/s) | Emissionsgruppe |
|---|---|---|
| UP-Schweißen | < 1 | niedrig |
| Gasschweißen (Autogenverfahren) | < 1 | niedrig |
| WIG | < 1 | niedrig |
| Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff | 1 bis 2 | mittel |
| MIG/MAG (energiearmes Schutzgasschweißen) | 1 bis 4 | mittel bis hoch |
| Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff | 2 bis 5 | hoch |
| MIG (Massivdraht, Nickel, Nickelbasislegierungen) | 2 bis 6 | hoch |
| MIG (Aluminiumwerkstoff) | 0,8 bis 29 | niedrig bis sehr hoch |
| MIG (Massivdraht) | 2 bis 12 | hoch |
| LBH | 2 bis 22 | hoch |
| MAG (Fülldraht-Schweißen mit Schutzgas) | 6 bis > 25 | hoch bis sehr hoch |
| MAG (Fülldraht-Schweißen ohne Schutzgas) | > 25 | sehr hoch |
| Beurteilung der Schweißverfahren anhand von Emissionsraten und Zuordnung zu Emissionsgruppen gem. TRGS 528 (Auszug). Erfahrungswerte, die im Einzelfall durch Optimierung der Prozessparameter noch reduziert werden können. | ||
Die Lichtbogenverfahren sind die im Handwerk und in der industriellen Fertigung am häufigsten genutzten Schweißverfahren. Sie sind effizient und flexibel einsetzbar. Das Lichtbogenschweißen lässt sich sowohl manuell, das heißt von Hand, ausführen als auch in automatisierte (beziehungsweise vollmechanisierte) Anwendungen integrieren.
Metall-Schutzgasschweißen
Bei den Metall-Schutzgasschweißverfahren brennt ein Lichtbogen zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode (dem Zusatzwerkstoff) und dem Werkstück beziehungsweise den zu verbindenden Bauteilen (dem Grundwerkstoff). Grund- und Zusatzwerkstoff werden aufgeschmolzen und vermischt. Mit der Erstarrung der Schweißschmelze entsteht die Schweißverbindung.
Es wird zwischen Metall-Inertgas-Schweißen (MIG-Schweißen) und Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen) unterschieden. Das MAG-Schweißen nutzt aktive Schutzgase beziehungsweise Mischgase mit Aktivgas-Anteil. Das Schutzgas schützt bei dieser Prozessvariante das Schmelzbad, die Elektrode und den Lichtbogen vor atmosphärischen Gasen (O2, N2) und wirkt zugleich „aktiv“ auf das Schweißergebnis, das heißt die Nahtqualität ein. In der Anwendung haben sich Zwei- beziehungsweise Drei-Komponentengase etabliert. Die wesentlichen Bestandteile können Argon, Kohlendioxid, Helium und Sauerstoff sein.
Für das MIG-Schweißen eingesetzte Schutzgase sind inert, das heißt reaktionsträge. Sie wirken nicht aktiv auf das Schweißergebnis ein. Als Schutzgase werden Argon oder Helium sowie deren Gemische eingesetzt.
Die Hauptanwendungsbereiche des MIG-/MAG-Schweißens sind der Fahrzeugbau, der Stahl- und Brückenbau, der Apparate- und Behälterbau sowie der Maschinenbau.
Wolfram-Inertgasschweißen
Bei dem Wolfram-Inertgasschweißverfahren (WIG-Schweißen) brennt der Lichtbogen zwischen einer Wolfram-Elektrode und dem Werkstück beziehungsweise den zu verbindenden Bauteilen. Die hochschmelzende Wolfram-Elektrode (Wolfram-Nadel) bleibt beim Schweißen erhalten, sie schmilzt nicht ab.
Das WIG-Schweißen kann im Vergleich zu den Metall-Schutzgasschweißverfahren ohne Schweißzusatz angewendet werden. Als Schutzgase werden inerte Gase wie Argon oder Helium sowie deren Gemische eingesetzt.
Das WIG-Schweißen findet häufig dann Anwendung, wenn besondere Anforderungen an die Qualität und/oder Optik der Schweißnaht gestellt werden.
Hauptanwendungsbereiche sind der Rohrleitungs- und Apparatebau, der Kraftwerksbau, die chemische Industrie sowie die Luft- und Raumfahrttechnik.
Lichtbogenhandschweißen
Das Lichtbogenhandschweißen (LBH-Schweißen), auch E-Hand-Schweißen, ist eines der ältesten Schweißverfahren. Bei dem E-Handschweißverfahren brennt der Lichtbogen zwischen einer umhüllten Stabelektrode und dem Werkstück beziehungsweise den zu verbindenden Bauteilen.
Die Stabelektrode besteht aus einem Kernstab und einer gebundenen (vorwiegend) mineralischen Umhüllung. Der Kernstab geht als Schweißzusatz in das Schmelzbad über, während die Umhüllung Schutzgas und Schlacke bildet. Die Stabelektrode wird im Schweißprozess verzehrt, sie muss also kontinuierlich nachgeführt werden.
Das E-Handschweißverfahren kommt ohne aufwendige Prozesstechnik aus und ist flexibel anwendbar. Es eignet sich sowohl für den Einsatz im Freien (auf Baustellen) als auch unter Wasser.
Die Hauptanwendungsgebiete sind der Rohrleitungsbau, der Schiff- und Stahlbau sowie der Kessel- und Druckbehälterbau.
