Was ist Schweißen eigentlich?

Schweißen ist ein Fügeverfahren, bei dem zwei Bauteile dauerhaft miteinander verbunden werden. Verschweißte Verbindungen sind nicht zerstörungsfrei wieder trennbar. Das Fügeverfahren arbeitet mit großer Wärme. Die Kanten der Bauteile werden durch Wärme verflüssigt, so dass sie ineinander fließen. Nach dem Erkalten und Erstarren ist eine Schweißnaht entstanden, welche die dauerhafte Verbindung der Bauteile gewährleistet.

Schweißverfahren mit und ohne Schweißzusätze

Man unterscheidet zwischen zwei Schweißverfahren: Spaltloses und spalthaftes Schweißen. Spaltlose Schweißverfahren brauchen keinen Schweißzusatz. Zu diesem Schweißverfahren zählen beispielsweise das Elektro-Punktschweißen oder das Reibschweißen. Das Elektropunktschweißen wird beispielsweise im Karosseriebau zum Fügen von dünnwandigen Blechteilen verwendet. Das Reibschweißen ist ein sehr selten eingesetztes Schweißverfahren. Es dient zum Fügen von Flanschen und Muffen auf dickwandige Rohre. Dabei werden Rohr und Bauteil in gegengesetzte Rotation versetzt und unter hohem Druck aufeinander gepresst. Die Reibungswärme zwischen den Bauteilen sorgt für das Aufschmelzen und Verschweißen der Kanten.
Für dickwandige Bauteile, die nicht durch Reibschweißen miteinander verschweißt werden können, stehen verschiedene spalthafte Schweißverfahren zur Auswahl. Bei diesen Verfahren werden die zu fügenden Bauteile nicht direkt aufeinander gelegt, sondern mit einer gleichmäßig durchgehenden Lücke gegenüber befestigt. Die Lücke wird mit einem Schweißzusatz gefüllt. Der Schweißzusatz ist ein Draht oder eine Elektrode, die aus einer weitestgehend ähnliche Legierung besteht, wie die zu verschweißenden Bauteile. Der Schweißzusatz schmilzt auf und verflüssigt dabei auch die Randbereiche der Kanten beider Bauteile. Kanten und Schweißzusatz fließen ineinander und bilden so nach dem Erkalten die Schweißnaht. Dieses Verfahren ist sehr korrosionsanfällig. Darum müssen weitere Zusätze eingesetzt werden, damit es beim Verschweißen nicht zu ungewollten Verbrennungen bzw. Oxidationen kommt.

Schweißzusätze zum Auftragsschweißen

Das Schweißen mit Schweißzusätzen erlaubt neben dem Fügen von Bauteilen auch das "Auftragsschweißen". Dabei werden Fehler im Grundmaterial, beispielsweise Risse, Löcher oder zu tiefe Verschleifungen, mit Schweißzusatz wieder aufgefüllt. Das Grundprinzip ist dabei das
Gleiche: Material wird verflüssigt und verschmilzt mit dem Grundmaterial. Nach dem Abschleifen des Schweißauftrags bleibt eine durchgehende Oberfläche. Auch beim Auftragsschweißen muss der Zugang von Sauerstoff zur Schweißstelle ausgeschlossen werden, um Oxidationen zu vermeiden.

Die Materialgleichheit vom Schweißzusatz und vom Grundmaterial gewährleistet die weitestgehende Homogenität des Endprodukts. Die Festigkeit, Verformungsbeständigkeit und Widerstand gegen Oxidation ist beim fertig gefügtem Produkt dem der gefügten Bauteile sehr ähnlich. Allerdings entsteht beim Schweißen entlang der Wärmeeinflusszone ein Bereich mit geringerer Zähigkeit und größerer Härte. Das ist beim Auslegen des fertigen Produkts zu berücksichtigen.

Arten von Schweißzusätzen

Das Füllmaterial, mit welchem beim lückenhaften Schweißen gearbeitet wird, ist in der Regel ein Massivdraht. Dieser wird in Rollen aus dünnem Kupferdraht oder in Massiv-Stabelektroden geliefert. Für das Auftragsschweißen werden auch Bandelektroden verwendet. Besonders anspruchsvolle Schweißaufgaben werden mit Hohl- oder Fülldraht durchgeführt. Hierbei handelt es sich um Metallröhrchen mit einer Pulverfüllung. Im Gleisbau wird loses Pulver, das Thermit, als Schweißzusatz verwendet. Thermit ist ein 50/50 Gemisch aus Eisenoxid und Aluminiumpulver. Wird es angezündet, reduziert es sich zu Eisen und Aluminiumoxid. Das Aluminiumoxid fällt als Schlackenpulver aus. Das flüssige Eisen verschweißt die Gleise miteinander.

Die einzelnen Schweißzusätze sind

• Drahtelektroden
• Massivdrahtelektroden
• Fülldrahtelektroden
• Stabelektroden

Schweißstäbe Formen der Elektroden

Beim Schutzgasschweißen von Metallen wird mit Elektroden gearbeitet. Man unterscheidet zwischen Füll- und Massivdrahtelektroden. Drahtelektroden haben einen Durchmesser von 0,8 - 2,4 Millimeter. Sie werden besonders gerne bei Reparaturschweißen im Karosseriebau verwendet. Das Schutzgas verhindert beim Schweißen den Zugang von Sauerstoff an der Schweißstelle und beugt damit dem Verbrennen bzw. Oxidieren vor. Einmal korrekt eingestellt, eignet sich das Drahtschweißen auch für automatisierte Prozesse, bei denen Elektro-Punktschweißen nicht in Frage kommt. Massivdrahtelektroden haben einen wesentlich größeren Querschnitt. Sie lassen sich für dickwandige Bauteile einsetzen. Darüber hinaus eignet sich das Schweißen mit Massivdrahtelektroden auch für das Verschweißen von anspruchsvollen Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium. Das gibt dem Schweißen mit Massivdrahtelektroden ein großes Einsatzspektrum. Auch beim Schweißen mit Massivdrahtelektroden ist Schutzgas erforderlich, um ein Verbrennen der Schweißstelle zu vermeiden.

Fülldrahtelektroden haben eine größere Abschmelzleistung als Massivdrahtelektroden. Ihr stromführender Querschnitt ist kleiner. Insgesamt sind sie einfacher in der Handhabung und führen zu besseren Ergebnissen: Die Bildung von Poren in der Schweißnaht wird verringert und die Abspritzungen werden ebenfalls reduziert. Ein tieferer Einbrand der Flanken ermöglicht bessere Durchschweißung der Lücke. Fülldrahtelektroden werden mit Füllungen aus Metallpulver, Rutil (Titanoxid) oder als Basische Fülldrähte angeboten. Basische Fülldrähte haben eine Pulverfüllung aus Flussspat, Kalziumoxid und Mangan-Oxid. Stabelektroden sind praktisch Massivdrahtelektroden, die mit einer Pulver-Umhüllung versehen sind. Durch die fest verbackene Umhüllung ist bei Stabelektroden ggf. kein Schutzgas erforderlich.

Neben der Abschirmung des Schweißpunkts vor eindringendem Sauerstoff hat diese Umhüllung noch weitere Aufgaben:

• Stabilisierung des beim Schweißen entstehenden Lichtbogens
• Bindung der Schlacke durch integrierten Schlackebildner
• Verlangsamung der Schweißnaht-Abkühlung (Dadurch wird eine Aufhärtung im Wärmeeinflussbereich reduziert)

Wie bei den Fülldrahtelektroden gibt es auch die Stabelektroden mit unterschiedlichen Umhüllungen. Üblich sind Zellulose, Rutil und chemisch saure Verbindungen als Ummantelungsmaterial der Fülldrahtelektroden.

Schweißstäbe werden vor allem beim Autogenschweißen und beim WIG-Schweißen verwendet. Ihre Aufgabe ist es, bei besonders großen Spalten für eine zusätzliche Überbrückung zu sorgen. Schweißstäbe bestehen aus der Legierung der zu verschweißenden Bauteile. Um eine Oxidation während des Schweiß- und Füllvorgangs zu vermeiden, muss beim Arbeiten mit Schweißstäben beim WIG Schweißen eine Inertgas-Atmosphäre erzeugt werden. Beim Autogenschweißen ist dies durch das Acetylen/ Sauerstoff Gemisch nicht notwendig bzw. Nötig.

Schweißpulver wird beim UP-Schweißverfahren eingesetzt.

Es erfüllt drei Aufgaben:

1. Füllen eines übergroßen Schweißspalts
2. Abschirmen der Schweißstelle gegen Sauerstoff
3. Isolation der Schweißstelle gegen zu schnelles Abkühlen.

Schweißpulver wird vor allem beim seriellen Verschweißen dickwandiger Bleche eingesetzt. In der Rohrindustrie gehört das UP-Schweißen zu den standardmäßig verwendeten Fügeverfahren. Neben seiner kostengünstigen Materialien, bietet das UP Schweißen vor allem ein hohes Automatisierungspotential. Die langsame Abkühlung der Schweißnaht und die daraus reduzierte Aufhärtung des Randbereichs wird ebenfalls sehr geschätzt. Der Handel bietet Schweißpulver für unterschiedliche Legierungen an.

Allgemeines zu Schweißzusätzen

Feuchtigkeit ist der natürliche Feind von allem Prozessen, in denen Metall aufgeschmolzen wird. Auch beim Schweißen können feuchte Schweißzusätze die Ergebnisse dramatisch verschlechtern. Darum ist beim Lagern und beim Transport von Schweißzusätzen stets darauf zu achten, dass die Produkte absolut trocken gehalten werden. Das gilt vor allem für die pulvrigen Schweißzusätze.
Die Kapillarwirkung des Pulvers sorgt dafür, dass es sehr anfällig für eine Durchfeuchtung ist. Aus diesem Grund sind für den Gebrauch von Stabelektroden am Arbeitsplatz der Einsatz von elektrisch betriebenen Trockenöfen vorgesehen. Hierin können die Stabelektroden vor der Verwendung gelagert werden.

Normen für Schweißzusätze

Schweißzusätze sind durch internationale Normen reguliert. Dabei greift je nach zu
verschweißenden Grundmaterialien und Schweißverfahren eine andere Norm. Einem Schweißfacharbeiter oder Händler mit Schweißverfahren müssen diese Normen bekannt sein:

Neue Normen für Massivdrahtelektroden MAG- und MIG-Schweißen
Unlegierte Stähle und Feinkornstähle DIN EN ISO 14341:2011-04
Nichtrostende und hitzebeständige Stähle DIN EN ISO 14343:2010-04
Warmfeste Stähle DIN EN ISO 21952:2012-08
Hochfeste Stähle DIN EN ISO 16834:2012-8
Aluminium und Aluminiumlegierungen DIN EN ISO 18273:2004-05
Neue Norm für Stabelektroden zum Lichtbogenhandschweißen
Unlegierte Stähle und Feinkornstähle DIN EN ISO 2560:2010-03
Nichtrostende und hitzebeständige Stähle DIN EN ISO 3581: 2012-04
Warmfeste Stähle DIN EN ISO 3580:2011-05
Hochfeste Stähle DIN EN ISO 18275: 2012-07
Neue Norm für Massivdrahtelektroden zum WIG-Schweißen
Unlegierte Stähle und Feinkornstähle DIN EN ISO 636:2008-08
Nichtrostende und hitzebeständige Stähle DIN EN ISO 14343:2010-04
Warmfeste Stähle DIN EN ISO 21952:2008-02Hochfeste Stähle DIN
EN ISO 16834:2007-05
Aluminium und Aluminiumlegierungen DIN EN ISO 18273:2004-0
Neue Norm für Fülldrahtelektroden zum MAG-Schweißen
Unlegierte Stähle und Feinkornstähle DIN EN ISO 17632:2008-08
Nichtrostende und hitzebeständige Stähle DIN EN ISO 17633:2011-03
Warmfeste Stähle DIN EN ISO 17634:2006-06
Hochfeste Stähle DIN EN ISO 18276:2006-09