Stabelektroden, Schweißstäbe und mehr

Die Stabelektrode ist ein Metallstab, der zum Schweißen verwendet wird.

Stabelektroden DIN EN ISO 2560

Aufbau

Die Stabelektrode besteht aus einem Kernstab und einer Umhüllung. Die Stabelektrode wird zum Elektroschweißen verwendet und enthält den Zusatzwerkstoff, der zum Schweißen notwendig ist. Meistens ist dieser Zusatzwerkstoff mit einer Umhüllung umgeben, die Zusätze enthält. Die ersten Stabelektroden waren nicht umhüllt und daher schwierig zu verschweißen. Später wurden die Elektroden mit Stoffen umhüllt, die das Schweißen erleichterten, das Schweißgut schützten und den Prozess metallurgisch beeinflussten. Das erste Patent über eine umhüllte Stabelektrode stammt aus dem Jahr 1908. Die Schweißelektrode wird mit der zugehörigen Schweißzange an eine Schweißstromquelle angeschlossen und mit dem zu verschweißenden Werkstück kurzgeschlossen. Dabei entsteht ein Lichtbogen, der die Elektrode abschmilzt. Der Mantel der Elektrode bildet Gase, welche den Lichtbogen stabilisieren, indem sie der Blaswirkung entgegenwirken, und gleichzeitig die Oxidation der Schweißnaht verhindern. Zusätzlich sind Stoffe enthalten, die zur Bildung von Schlacke führen. Sie dient als Flussmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Werkstoffs, sorgt für eine gleichmäßige Abkühlung und bindet Verunreinigungen.

Kernstab

Der Werkstoff des Kernstabes richtet sich nach dem zu schweißenden Werkstoff und dessen chemischer Zusammensetzung.

Auswahl von Stabelektroden für das Lichtbogenhandschweißen

Die Auswahl von Stabelektroden erfolgt nach werkstoff- und schweißtechnischen Gesichtspunkten. Dabei wird zuerst ein Vergleich der mechanischen Gütewerte des Schweißzusatzes mit den Gütewerten des Grundwerkstoffes vorgenommen, wobei die Mindestanforderungen des Grundwerkstoffes auch im reinen Schweißgut erreicht werden müssen.

Für die Auswahl von Stabelektroden können folgende Kriterien genannt werden:

Der zu verschweißende Grundwerkstoff

- für unlegierte Stähle und Feinkornbaustähle

- für höherfeste Stähle

- für warmfeste Stähle

- für nichtrostende und hitzebeständige Stähle

- für Gusseisenwerkstoffe

- für Nichteisenmetalle

weiter unterteilt nach:

- der chemischen Zusammensetzung

- den metallurgischen und physikalischen Eigenschaften

Die Beanspruchung des Bauteils geordnet nach

- konstruktiver Gestaltung des Bauteils

- vorwiegend ruhende oder vorwiegend nicht ruhende Beanspruchung

- Beanspruchungszustand (Größe der Belastung)

Die Schweißaufgabe geordnet nach

- Schweißbedingungen

- Schweißposition

- vorhandene Schweißstromquelle

- geeigneter Umhüllungstyp

Die Wirtschaftlichkeit geordnet nach

- Abschmelzleistung

- Ausbringung

- Streckenenergie

Die Auswahl der umhüllten Stabelektroden erfolgt meist nach den Katalogen für Schweißzusätze der Herstellerfirmen.

Beispiel: Kernstäbe für unlegierte Elektroden

- Kohlenstoff-Gehalt: 0,06 % bis 0,12 %

- Mangan: 0,3 % bis 1,8 %

- Silizium: 0,06 %

- Phosphor und Schwefel <0,03 %

Zusätzlich ist er Stromleiter, Eisenträger und Umhüllungsträger.

Beispiel für eine Stabelektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Beispiel: E 38 2 RB 1 2 H5

- E Kurzzeichen nach DIN 1910 für das Schweißverfahren hier Lichtbogenhandschweißen

- 38 Mindeststreckgrenze in N/mm² hier 380 N/mm²

  Zugfestigkeit in N/mm² hier 470-600 N/mm²

  Bruchdehnung in % hier 20 %

- 2 Mindest-Kerbschlagarbeit(47 Joule) bei -20 Grad Celsius

- RB Umhüllungstyp hier rutil-basischumhüllt

- 1 Ausbringung hier <105 %

  Stromart hier Gleich- und Wechselstrom

- 2 Schweißposition hier alle, außer Fallposition

- H5 Wasserstoffgehalt < 5 cm3 / 100g Schweißgut

Quelle: » Wikipedia «

Widerstandsschweißen (engl.: resistance welding) ist ein Schweißverfahren für elektrisch leitfähige Werkstoffe auf Basis der Jouleschen Stromwärme eines durch die Verbindungsstelle fließenden elektrischen Stromes

Dadurch werden die Verbindungspartner bis zum Aufschmelzen erhitzt. Nach dem Stromfluss entsteht nach der Wiedererstarrung der Schmelze eine Schweißverbindung. Durch Zusammendrücken während und nach dem Stromfluss wird beim Widerstandspressschweißen die Bildung einer innigen Verbindung unterstützt.

Je nach Form der Elektroden, Ablauf und Werkstückgeometrie unterscheidet man folgende Verfahren:

Übersicht

Das Widerstandsschweißen umfasst folgende Schweißmethoden:

Widerstandspressschweißen: im Allgemeinen ohne Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes, jedoch mit einer Anpresskraft auf die Schweißpartner:

- Widerstandspunktschweißen (engl.: resistance spot welding, spot welding)

- Widerstandsbuckelschweißen (engl.: resistance projection welding)

- Widerstandsrollennahtschweißen (engl.: resistance seam welding)

- Widerstandsstumpfschweißen (engl.: resistance butt welding)

- Kondensator-Impulsschweißen (engl.: capacitor impulse welding oder discharge welding)

- Widerstandsbolzenschweißen (engl.: resistance stud welding)

Widerstandsschmelzschweißen: ohne Presskraft, Zusatzwerkstoff möglich:

- Kammerschweißen (engl.: enclosed resistance welding)

- Elektro-Schlacke-Schweißen (engl.: electroslag welding)

Geschichte

Schweißen von Metallen ist eine uralte Technik. Archäologische Funde zeigen, dass bereits im 4. Jahrtausend vor unserer Zeitrechnung feuergeschweißt und -gelötet wurde. Widerstandsschweißen wurde jedoch erst mit der Erzeugung von elektrischem Strom möglich.

Das Widerstandsschweißen wurde 1857 von James Prescott Joule als mögliches Verfahren zum Verbinden von Metallen aufgezeigt. Die entscheidenden Versuche zur Erfindung des Widerstandsschweißens unternahm Elihu Thomson um 1877. 1887/88 entwickelte Nicolai Benardos ein Verfahren zum Widerstandsschweißen mit Kohleelektroden. Das Widerstandspunktschweißen mit Kupferelektroden entwickelte Kleinsmith im Jahre 1897, damit begann der industrielle Durchbruch des Widerstandsschweißens. Um 1910 wurden die Widerstandsbuckel- und -rollennahtschweißmethode entwickelt. Ab 1930 setzte sich das Widerstandsschweißen auch industriell durch. So wurden z.B. die Innenaufbauten von Elektronenröhren (Halterungen und Anschlüsse der Elektroden und der Kathodenheizung) punktgeschweißt - das Löten kommt hierbei aufgrund des Ausgasens von Flussmittelresten nicht in Frage. Auch die in dieser Zeit teilweise anstelle von Glas verwendeten Stahlröhren-Kolben wurden mit einer Widerstandsschweißung mit dem Sockel verbunden: für die ringförmige Naht war ein Strom von 100 Ampere nötig.

Widerstandspunktschweißen

Widerstandspunktschweißen (Kurzform: Punktschweißen) wird zur Verbindung von Stahlblechen in der Automobilindustrie, im Karosserie- und Fahrzeugbau und allgemein in der blechverarbeitenden Fertigung angewendet.

Seltener wird es auch zum Verschweißen von Aluminium oder anderen Metallen verwendet, z.B. bei der Herstellung von Kondensatoren, Kontaktsätzen für Relais und Leitungsschutzschalter oder Anschlüssen von Spulen und Motorwicklungen. Mit gewissen Einschränkungen können auch ansonsten nicht verschweißbare Materialien miteinender verbunden werden - durch die Presskraft entsteht eine innige Verbindung der Schmelzen (Druckknopfeffekt).

Der große Vorteil dieser Schweißtechnik besteht in der Möglichkeit, innerhalb kürzester Zeit eine hohe Energie in Form von elektrischem Strom auf eine kleine Fläche eines Werkstückes zu konzentrieren, wobei unter Zuführung von hohem Druck (pneumatisch oder elektromechanisch) eine unlösbare Verbindung entsteht. Der Strom kann dabei bis über 40.000 Ampere betragen.

Ausschlaggebend für die Haltbarkeit und die Größe des Schweißpunktes sind die in der Schweißsteuerung eingegebenen Schweißparameter, die von der Art und Dicke der zu verschweißenden Bauteile, deren Anzahl, deren Passung zueinander, sowie von deren Oberfläche abhängig sind (beschichtet, galvanisiert, verzinkt).

Eine Rolle spielt auch die Kühlung der Schweißelektrode, die Temperatur des Kühlwassers und dessen Durchflussmenge.

Auch muss der Verschleiß der Elektrode berücksichtigt werden: Bei zunehmender Anzahl von Schweißungen wird die Elektrode abgenutzt, wodurch sie ihren Querschnitt durch thermische und mechanische Einflüsse vergrößert. Dadurch wird die Stromdichte verringert. Dieses Verhalten muss ebenso durch die Steuerung nachgeregelt werden.

Gegebenenfalls muss die Elektrodenspitze gefräst werden, um den ursprünglichen Querschnitt zu erhalten. Dies geschieht in der Regel nach circa 300 gesetzten Schweißpunkten, hängt jedoch sehr von der Dicke des zu verschweißenden Materials und dessen Oberfläche ab.

Es kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom mit Netzfrequenz punktgeschweißt werden. Beim Wechselstromschweißen mit Netzfrequenz werden Strom und Schweißzeit durch Phasenanschnittsteuerung mit einen Thyristorsteller gesteuert. In letzter Zeit hat sich mehr und mehr die so genannte Mittelfrequenzschweißung (MFDC) durchgesetzt, bei der der Schweißtransformator über einen Umrichter meist mit einer Frequenz von ein bis mehreren Kilohertz gespeist wird. Dadurch kann der Transformator kleiner werden. Diese Mittelfrequenz-Schweißzangen sind die üblichen Werkzeuge in der Automobilfertigung.

Schweißpunkte unterliegen besonders in der Automobilindustrie einer Qualitätskontrolle. Sie kann zerstörend (tear-down) oder nicht-zerstörend (Ultraschallprüfung, durch Strom-, Spannungs- und Widerstandsverlaufsbewertungen, durch Beobachtung des Wärmedurchganges) erfolgen, wobei letztere zwar kostengünstiger sind, jedoch auch falsch positive Resultate liefern können.

Widerstandschweißzangen werden in der Automobilindustrie als Werkzeuge an Industrierobotern eingesetzt (sogenannte Roboterzangen), oder als handbediente Schweißzangen (sogenannte Handzangen) manuell bedient. Dem Einsatz nach werden sie auch als Hängezangen oder Standautomaten ("Steppmaschine") bezeichnet. Entsprechend ihrer Stromversorgung werden Widerstandsschweißzangen in Kabelzangen und Trafozangen eingeteilt. Bei Kabelzangen wird der Schweißstrom getrennt von der Schweißzange aufgestellten Schweißtransformator über starke und schwere Schweißkabel (z.B. 180 mm²) zugeführt. Bei Trafozangen ist der Schweißtransformator in die Schweißzange integriert. Die Schweißzange wird dadurch schwerer, dafür entfällt das schwere Schweißkabel (stattdessen wird nur der Primärstrom über ein Kabel mit 6 bis 10 mm² zugeführt).

Großformatige Bleche können in Vielpunktschweißstationen bearbeitet werden.

An der Karosse eines Mittelklassewagens (Beispiel: Ford Focus) werden je nach Typ etwa 3.600 bis 3.800 Schweißpunkte gesetzt. Der Automatisierungsgrad beträgt über 98 Prozent.

Widerstandsbuckelschweißen

Widerstandspunktschweißen wird bei der Widerstandsbuckelschweißung (Kurzform: Buckelschweißung) die zum Schweißen notwendige Stromdichte nicht durch die Elektroden, sondern durch die Bauteilform generiert. Die Elektroden dienen beim Widerstandsbuckelschweißen nur der Stromzuführung und der Krafteinbringung. Der prinzipielle Aufbau von Buckelschweißmaschinen entspricht dem von Widerstandspunktschweißgeräten. Varianten des Widerstandsbuckelschweißens sind unter anderem die Kreuzdrahtschweißung, bei der Drahtgeflechte zusammengeschweißt werden, und die Ringkantenschweißung.

Widerstandsrollennahtschweißen

Widerstandsrollennahtschweißen (Kurzform: Rollennahtschweißen) sind die Elektroden als Drehkörper ausgeführt, und es kann im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Schweißmethoden auch während des Schweißvorganges eine Bewegung zwischen den zu fügenden Bauteilen und den Rollenelektroden stattfinden.

Eine Rollennahtschweißung kann nach verschiedenen Kategorien klassifiziert werden:

Nahtgeometrie:

- Überlappnahtschweißung: Hierbei überlappen sich die Verbindungsstellen der zu fügenden Bauteile wie bei einer konventionellen Punktschweißung. - Quetschnahtschweißung: Die Verbindungsstellen überlappen sich nur geringfügig. Während des Schweißens werden die Bauteilkanten gequetscht. Die Quetschnaht ist eine Zwischenform von Überlappnaht und Stumpfstoßnaht.

- Stumpfstoßnahtschweißung: Die zu fügenden Bauteile liegen plan nebeneinander und werden bei der Rollennahtschweißung unter Zuhilfenahme eines Zusatzwerkstoff (Folie) bei der Schweißung dauerhaft verbunden.

Elektrodenkonfiguration:

- Schweißen ohne Drahtzwischenelektrode

- Schweißen mit Drahtzwischenelektrode

- Foliennahtschweißung: Die Folie verbleibt nach der Schweißung als Zusatzwerkstoff im Bauteil.

Schweißprogramm:

- Dauerstromschweißung: Die zu fügenden Bauteile bewegen sich kontinuierlich unter den Rollenelektroden vorbei und der Schweißstrom fließt quasi ohne Unterbrechung. Ein derartiges Schweißprogramm ist für die Erzeugung von Dichtnähten erforderlich.

- Rollpunktschweißung: Die zu fügenden Bauteile bewegen sich kontinuierlich. Der Strom fließt nur mit Unterbrechungen.

- Schrittrollenschweißung: Während der Schweißung stehen die zu fügenden Bauteile still, während der Bewegung von Rollenelektroden und Bauteilen fließt kein Schweißstrom.

Siehe auch: Rollennahtschweißen, Rollennahtschweißgerät

Widerstandsstumpfschweißen

Auch die Widerstandsstumpfschweißmethoden basieren auf dem Prinzip der Widerstandserwärmung.

Pressstumpfschweißen

Die Bauteile sind fest in Spannbacken eingeklemmt, welche sowohl als Elektroden der Stromübertragung als auch der Kraftübertragung dienen.

Die Bauteile werden aneinandergepresst, sodass guter Kontakt über die gesamte Querschnittsfläche herrscht. Durch den fließenden Strom wird die Schweißstelle bis auf Schweißtemperatur (Aufschmelzen) erhitzt. Bei Erreichen der erforderlichen Temperatur über die gesamte Schweißquerschnittsfläche wird der Stromfluß unterbrochen und die Bauteile mittels Vorschubbewegung der Elektroden fest aufeinander gestaucht.

Die Pressstumpfschweißung zeichnet sich im Ergebnis durch einen gratfreien dicken Wulst aus. Die zu verschweißenden Bauteile müssen für ein optimales Schweißergebnis an der Stoßstelle sauber sein.

Abbrennstumpfschweißen

Eine Variation des Pressstumpfschweißens ist das Abbrennstumpfschweißen. Bei dieser Schweißmethode besteht während der Aufheizphase immer nur punktuell Kontakt zwischen den Bauteilen. Durch die daraus resultierende hohe Stromdichte wird an diesen Kontaktstellen das Material verflüssigt, verdampft, bzw. spritzerartig weggeschleudert. Die Bauteile brennen an der Schweißstelle also teilweise ab. Als Folge der laufenden Bildung und Zerstörung der Kontaktbrücken muss zwecks Kontakterhaltung auch während der Aufheizphase eine Vorschubbewegung einer Elektrode inklusive Bauteil erfolgen. Nach Erreichen der erforderlichen Temperatur wird der Stromfluss unterbrochen und schlagartig eine Axialkraft eingebracht, durch welche die Bauteile aufeinander gestaucht werden. Vorteil dieser Methode ist, dass infolge des Abbrennens automatisch auch Verunreinigungen an der Schweißstelle beseitigt werden und durch das verdampfende Metall eine Schutzgasatmosphäre die Schweißstelle schützt. Jedoch bildet sich an der Stauchstelle zumeist ein Grat aus, der anschließend entfernt werden muss.

Kammerschweißen

Das Kammerschweißen ist ähnlich den genannten Widerstandsstumpfschweißmethoden. Die Bauteilenden werden in ein keramisches Rohr (Kammer) eingebracht, berühren sich, werden durch den fließenden Strom geschmolzen und unter stetigem Vorschub zusammengeschweißt. Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens sind z. B. das Verschweißen von Drahtseilenden oder Kabellitzen.

Im Gegensatz zu den anderen hier beschriebenen Verfahren wird das Kammerschweißen laut Norm zu den Widerstandsschmelzschweißverfahren gezählt.

Verwendete Stromarten

Wechselstrom "AC"

Die klassische Widerstandsschweißtechnik verwendet Wechselstrom mit einer Frequenz von 50Hz (oder 60Hz). Dieser kann einfach mittels entsprechend leistungsstarker Transformatoren aus dem Netz erzeugt werden. Für die meisten Anwendungen ist diese Stromart gut geeignet.

Gleichstrom "DC"

Um eine rasche und gleichmäßige Einbringung der Energie zu gewährleisten, wird auch Gleichstrom verwendet. Dessen Erzeugung ist jedoch aufwändiger und damit teurer. An DC-Quellen unterscheidet man hauptsächlich:

Einphasengleichrichter (selten, schlechte Qualität des Gleichstroms)

Frequenzwandler (heute kaum noch üblich, können je nach Einstellung DC-Impulse oder Niederfrequenz erzeugen -> dann "AC")

Dreiphasengleichrichtermaschinen, mit einem dreiphasigen Schweißtransformator und dreiphasigem Gleichrichter

Inverteranlagen (auch: "MF" = Mittelfrequenz-Anlagen genannt), üblicherweise mit Gleichspannungszwischenkreis und 1000 Hz Taktfrequenz des Wechselrichters (vereinzelt auch mit höheren Frequenzen, bis 20 kHz - dann "HF" = Hochfrequenz-Anlagen genannt) und Gleichrichtung am Ausgang des MF-Transformators. Bei höheren Invertertaktfrequenzen ist ein schnellerer Regeleingriff der Schweißstromregelung möglich.

Kondensator-Impulsschweißen

Das Kondensator-Impulsschweißen, auch als "CD" = Capacitor Discharge" / Kondensator-Entladungsschweißen, Fulmidurschweißen oder Perkussionsschweißen bezeichnet, unterscheidet sich vom konventionellen Widerstandsschweißen dadurch, dass die Energie eines vorher geladenen Kondensators über einen Impulstransformator auf das Werkstück abgegeben wird. Vorteile dieses Verfahrens sind sehr hohe Schweißströme (bis > 500 kA), der steile Stromanstieg, die kurze Schweißzeit und somit durch die Energiekonzentration eine kleinere Wärmeeinflusszone im Bauteil. Außerdem entstehen in der Netzleitung keine hohen Stromspitzen, weil der Kondensator relativ langsam (1-2 Sek.) geladen wird.

Die Impulstransformatoren besitzen eine relativ große Masse, da sie hohe Spitzenleistungen übertragen müssen. Ein Nachteil ist die Alterung der Kondensatoren, die oft nach einigen Jahren an Kapazität verlieren. Wegen der Verwendung von Hochspannung (meist bis 3 kV) wird das Kondensator-Impulsschweißen als Sonderverfahren angesehen. Es wird zur Erzeugung höchster Schweißströme insbesondere bei gut leitfähigen Schweißpartnern und kleinen Schweißstellen angewendet.

Eigentlich ist das Kondensator-Impulsschweißen kein eigenständiges Schweißverfahren, sondern lediglich eine Variante der Punkt- bzw. Buckelschweißung, bei der eine spezielle Stromform angewendet wird.

Nicht verwechselt werden darf das hier beschriebene Kondensator-Impulsschweißen (Widerstandsschweißverfahren) mit dem gleichfalls mit Kondensatorentladung funktionierenden Lichtbogenbolzenschweißen (Lichtbogenschweißverfahren).

Grundlagen

Die folgende Darstellung bezieht sich aufgrund der dabei relativ einfach beschreibbaren Verhältnisse auf die Widerstandspunktschweißmethode. Die grundlegenden Prinzipien gelten aber auch für die anderen Widerstandspressschweißmethoden.

Energiebilanz am Schweißpunkt

Im Werkstück wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt. Nur der kleinere Teil dieser zugeführten Energie wird für den Schweißprozess direkt genutzt, die Wirkwärme . Nur diese Wirkwärme trägt somit zum Aufschmelzvorgang und zur Bildung der Schweißlinse bei. Der andere Teil geht infolge Wärmeleitung über die gekühlten Elektroden und über das Werkstück , sowie durch Wärmestrahlung für den Schweißprozeß verloren.

Widerstände

Beim Widerstandspressschweißen unterscheidet man zwei Arten von elektrischen Widerständen:

Kontaktwiderstände (RK in O):

Diese Widerstände entstehen dort, wo zwei Flächen aufeinandertreffen. Die Kontaktwiderstände unterliegen auch sehr stark zufälligen Einflüssen, wie Verunreinigungen und Oxidschichten auf der Bauteiloberfläche, Anlegierungen auf den Elektrodenkappen, Bauteilpassgenauigkeit. Weiters spielen auch systematische Einflußgrößen eine große Rolle, wie Elektrodenkräfte und Bauteilbeschichtungsart. Die Kontaktwiderstände fallen mit steigender Temperatur stark ab. Bei Erreichen der Schmelztemperatur tendieren sie gegen Null.

Materialwiderstände (RM in O):

Diese Widerstände können systematisch erfasst werden, aber auch sie unterliegen einem Temperatureinfluss.

Zu Schweißbeginn überwiegen die Kontaktwiderstände, insbesondere jene zwischen den einzelnen Bauteilen. Der Aufheizprozess beginnt zuerst an den Kontaktstellen der Bauteile zueinander unter den Elektroden und zwischen Bauteil / Elektrode. Mit steigender Temperatur überwiegen die Materialwiderstände. Es bildet sich die typische Schweißlinse.

Nebenschluss

Ein Teil des anliegenden Stroms kann durch sogenannten Nebenschluss für den eigentlichen Schweißprozess verloren gehen. Der Strom fließt nicht nur durch die aufzuschmelzende Schweißlinse, sondern auch daran vorbei.

Ein typisches Beispiel sind Nebenschlusseffekte über bereits fertiggestellte Schweißpunkte. Der über die Schweißpunkte i fließende Strom ist . Durch geeignete Wahl der Schweißpunktabstände kann der Nebenschlusseffekt hierbei verschwindend gering gehalten werden. Ist dies nicht möglich, so muss der anliegende Strom entsprechend erhöht werden, damit der erforderliche Schweißpunktmindestdurchmesser erreicht wird.

Auch beim einseitigen Widerstandspunktschweißen tritt Nebenschluss auf. Verringern lässt sich bei dieser Schweißart der Nebenschlusseinfluss mittels einer Schweißanordnung "Bauteil mit geringer Wandstärke - Bauteil mit größerer Wandstärke - Unterkupfer".

Arbeitsschutz

- Verbot für Personen mit Herzschrittmacher

- Warnung vor magnetischem Feld

- Alle Widerstandsschweißverfahren arbeiten mit geringen Spannungen (unterhalb der maximal zulässigen Berührungsspannung) und hohen Strömen. Deshalb ist ein direktes Berühren der schweißstromführenden Teile und der Werkstücke während der Schweißung grundsätzlich ungefährlich.

Gefahren beim Widerstandsschweißen können entstehen durch

Schweißspritzer: aus der Schweißstelle herausgespritztes schmelzflüssiges Schweißgut (dabei handelt es sich nicht um elektrische Funken)

Kraftwirkung: Möglichkeit der Quetschung der Hände im Bereich der Elektroden und Elektrodenarme.

Lärmemission durch Aufsetzen der Elektroden auf das Schweißgut und durch Ausblasen von Druckluft beim Betätigen druckluftbetriebener Krafterzeugungssysteme

Dämpfe von organischen Beschichtungen auf dem Schweißgut

Aus diesen Gründen sind in der Regel Augenschutz (Schutzbrille oder Schutzschirm), Gehörschutz und ggf. Handschutz vorgeschrieben.

In unmittelbarer Nähe zu Widerstandsschweißeinrichtungen treten während der Schweißung starke Magnetfelder auf. In der Regel sind Arbeitsplätze an Widerstandsschweißeinrichtungen mit dem Verbotszeichen "Verbot für Personen mit Herzschrittmacher" und den Warnzeichen "Warnung vor magnetischem Feld" bzw. (fälschlicherweise) "Warnung vor elektromagnetischem Feld" gekennzeichnet. Dies geschieht oft aus Vorsorgegründen und ist nicht zwingend Zeichen einer tatsächlichen Gefährdung. Ob für Träger aktiver Implantate wirklich eine Gefahr besteht oder eine Weiterbeschäftigung möglich ist, ist im Einzelfall zu prüfen.

Kurzzeichen, Ordnungsnummern

DIN 1910 / DIN ISO 857 DIN EN ISO 4063: 2000-04

Widerstandsschweißen: R / 2

Widerstandspunktschweißen: RP / 21

Rollennahtschweißen: RR / 22

Widerstandsbuckelschweißen: RB / 23

Abbrennstumpfschweißen: RA / 24

Pressstumpfschweißen: RPS / 25

Elektro-Schlacke-Schweißen: RES / 72

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Fülldraht

Fülldraht ist ein gefüllter Röhrchendraht, der vornehmlich in der Schweißtechnik als MIG/MAG-Schweißdraht verwendet wird. Die Herstellung erfolgt durch Kaltumformung eines Flachbandes, welches als Umhüllungsmaterial dient. An einer der Fertigungsstationen wird in das U-förmig gebogene Band die pulverförmige Füllung eingebracht. An weiteren Stationen erfolgt die Schließung des Bandes sowie die Kalibrierung auf Endmaß.

Zu Beginn der 1920er Jahre gab es noch keine Schweißtechnik im heutigen Sinn. Die Eisen- und Stahlteile, die man damals meist autogen mit blanken Drähten zusammenfügte, entsprachen in Festigkeitseigenschaften und Schweißverhalten in keiner Weise den heutigen Anforderungen.

Der von Franz Leitner, dem Chef des von Albert Böhler gegründeten Stahlwerks der späteren Firma Böhler-Uddeholm, im Jahr 1927 erfundene Seelendraht brachte den Durchbruch in der Schweißtechnik. Nach dem heute bekannten Fülldrahtprinzip befand sich innerhalb eines Stahlmantels ein Flussmittel, das die Schweißeigenschaften im Lichtbogen positiv und stabilisierend beeinflusste.

In den 1930iger Jahren kamen die ersten umhüllten Stabelektroden wie Böhler Fox SPE und Fox EV 50 auf den Markt. Bereits 1934 wurde die erste rostfreie und verschleißfeste Elektrode, der Marke Böhler Fox A7 hergestellt, die auch noch heute zum Einsatz kommt.

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Wolframelektroden werden zum Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) benötigt. Je nach Stromart werden reine oder mit oxidischen Zusätzen versehene Wolframelektroden verwendet, sie sind nach Zusatz Art und Menge farblich gekennzeichnet.

Bezeichnung, Zusammensetzung, Kennfarbe:

WP, reines Wolfram, grün

WT10, 0,80 bis 1,20% Thoriumdioxid, gelb

WT20, 1,70 bis 2,20% Thoriumdioxid, rot

WT30, 2,80 bis 3,20% Thoriumdioxid, violett

WT40, 3,80 bis 4,20% Thoriumdioxid, orange

WL10, 0,90 bis 1,20% Lanthanoxid, schwarz

WL15, 1,40 bis 1,60% Lanthanoxid, gold

WL20, 2,00 bis 2,00% Lanthanoxid, blau

WC20, 1,80 bis 2,20% Cer(IV)-oxid, grau

WS2, Seltene Erden, türkis

Die WT-Elektroden sind bedingt durch den Thoriumzusatz leicht radioaktiv strahlend. Die Anwendung dieser Elektroden sollte vermieden werden, als Ersatz dienen die WL- oder WS-Elektroden. Sie werden zum Gleichstromschweißen verwendet. Die WP-Elektroden sind reine Wolframelektroden und werden zum Wechselstromschweißen verwendet. Die WC-Elektroden werden zum Gleichstromschweißen verwendet, sie sind ein preisgünstiger Ersatz zu den WT-Elektroden. Die WL-Elektroden werden zum Gleich- und Wechselstromschweißen verwendet. Die WS-Elektroden werden zum Gleichstromschweißen verwendet.

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Unter Gleichstromschweißen versteht man den Schweißvorgang unter Verwendung von Gleichstrom (im Gegensatz zum Wechselstromschweißen). Schweißbare Materialien für dieses Verfahren sind u.a. Stähle, Edelstähle und Sonderwerkstoffe wie Titan, Zirkonium und Nickel.

Das Gleichstromschweißen erfolgt meist mit negativ gepolter Wolframelektrode (Wolfram-Inert-Gas, kurz WIG/TIG-Schweißen).

Durch das Fließen der Elektronen von der Elektrode zum Werkstück entstehen am Werkstück die höheren und am Lichtbogenansatzpunkt der Wolframelektrode die niedrigeren Temperaturen. Die Wolframelektrode kann daher spitz zugeschliffen werden, wodurch der Lichtbogen stabil brennt und beim Schweißen besser geführt werden kann. Die Schmelzzone (der Einbrand) ist schmal und tief.

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Unter Wechselstromschweißen versteht man den Schweißvorgang unter Verwendung von Wechselstrom (im Gegensatz zum Gleichstromschweißen). Er wird bei Leichtmetallen eingesetzt.

Beim Wechselstromschweißen ist die Elektrode sowohl Anode als auch Kathode. Die positive Halbwelle des Wechselstromes hat einen Reinigungseffekt und zerstört die hochschmelzende Oxidschicht des Leichtmetalls, was besonders beim Schweißen von Aluminium vorteilhaft ist. Die negative Halbwelle wird zum Schmelzen des Metalles genutzt. Durch die hohe thermische Beanspruchung der Wolframelektrode entsteht am Elektrodenende ein halbkugelförmiger Wolframtropfen. Der Lichtbogen brennt unruhig, was sich für Feinschweißungen nachteilig auswirkt. Der Einbrand ist breit und flach.

Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, sind die meisten modernen WIG-Stromquellen mit einer Balanceregelung ausgerüstet. In der Regel ist ein Wert von 20 % positiv zu 80 % negativ und umgekehrt einstellbar. Ein Verstellen in Richtung negativ ergibt schmalere Nähte infolge eines stabileren Lichtbogens. Es muss jedoch vor allem bei hohen Schweißgeschwindigkeiten darauf geachtet werden, dass genügend Positivanteil vorhanden ist, damit die Reinigung und Anschmelzung gewährleistet ist. Bei der Verwendung von Mischgasen mit Heliumanteilen von 20 % und mehr muss unbedingt auf genügende "Reinigungswirkung" geachtet werden.

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Als Cladding wird das Verfahren einer Auftragsschweißung bezeichnet, bei der ein hochlegierter Stahl als Oberflächenschutz auf hochbelastete metallische Bauteile aufgetragen wird.

Das Haupteinsatzgebiet des Claddings ist der Kraftwerksbau. Besonders Membranwände und Schottenheizflächen, die in Kraftwerke mit sehr aggressiven Abgasen beaufschlagt werden, unterliegen einem sehr starken Materialabtrag. Besonders betroffen sind Müllverbrennungsanlagen und Biomassekraftwerke für hoch belastete Althölzer, die eine hohen Schwefel- und Halogenanteil im Rauchgas aufweisen. Die stärksten Abtragungen treten hier in den Bereich mit den höchsten Rauchgastemperaturen und ungeschützten Heizfläche und im Überhitzerbereich auf.

Bei dem Verfahren wird eine hochlegierte Schutzschicht auf einen niedriger legierten Grundwerkstoff aufgetragen. Vorzugsweise werden Nickelbasislegierungen wie Inconel 625 sowie Inconel 686 aufgetragen. Die Stärke der Schutzschicht beträgt 2 - 3 mm bei typischen Wandstärken von Membranwänden von 4 - 5 mm. Die Schutzschicht wird zweilagig oder versetzt aufgetragen. Das Grundmaterial muss vor dem Cladden gesandstrahlt werden und unmittelbar mit einem vorübergehenden Schutzanstrich versehen werden. Als Auftragsmethode wird das MAG-Schweißverfahren verwendet. Für lange Standzeiten muss die Schichtdicke des Auftragwerkstoffes gleichmäßig und die Fe-Aufmischung (Diffusion von Eisen in die Beschichtung beim Aufschmelzen) muss gering sein. Das Cladding-Verfahren wird sowohl zur Ertüchtigung von durch Korrosion und Abrasion geschädigter Bauteile als auch für neue Bauteile verwendet. Als typische Abtragungsrate in Müllverbrennungsanlagen werden 0,1 mm / 10000 Stunden aufgeführt.

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Ein Schweißgerät ist eine Maschine, um Gegenstände durch Wärmeeinwirkung stoffschlüssig zu fügen, ein Bauteil zu beschichten oder um einen festen homogenen Gegenstand in mehrere Einzelteile zu zerlegen. Neben der Wärmeeinbringung übt das Schweißgerät in vielen Fällen auch Kraft, manchmal auch mit einen bestimmten Bewegungsablauf verbunden, auf die zu verschweißenden Bauteile aus.

Die Technik des Schweißens wird vor allem bei Metallen und Kunststoffen angewandt, wobei verschiedene Verfahren der Wärmeerzeugung zum Einsatz kommen.

Autogenschweißgerät

Beim Autogenschweißen mit Ethin (Trivialname Acetylen) und Sauerstoff kommt ein Autogenschweißgerät, auch Schweißbrenner genannt, zum Einsatz. Mit dem aus der Gerätedüse austretenden entzündeten Acetylen-Sauerstoff-Gasgemisch wird eine Flamme als Wärmequelle erzeugt. Diese schmilzt einen von Hand zugeführten Schweißdraht, mit dessen Schmelze Eisenteile verbunden werden.

Der Schweißbrenner besteht aus dem Griffstück mit den Anschlüssen und Regulierventilen für die Gase und mit auswechselbaren Brennerdüsen entsprechend der Dicke der zu schweißenden Werkstücke. Von den Gas-Anschlüssen führen Schläuche zu den Gasflaschen (Druckbehälter). Im Mischrohr des Griffstückes wird das Brenngas durch den unter höherem Druck ausströmenden Sauerstoff angesaugt und beide in die Brennerdüse geführt. Dort verbrennen die Gase nach Zündung mit einem Zündgerät in Form einer Stichflamme. Die Zufuhr beider Gase kann einzeln durch die Ventile reguliert werden.

Um ein Verwechseln der Schläuche zu vermeiden, werden für das Brenngas rote und für Sauerstoff blaue Schläuche benutzt. Außerdem hat der Anschluss für den Sauerstoffschlauch bei gleichem Außendurchmesser eine kleinere lichte Weite als der Anschluss für den Brenngasschlauch. Die Überwurfmuttern haben beim Anschluss am Griffstück für das Brenngas ein 3/8"-Linksgewinde mit Kerben in der Überwurfmutter und für Sauerstoff ein 1/4"-Rechtsgewinde.

Propan ist wegen der zu geringen Verbrennungsgeschwindigkeit zum Gasschmelzschweißen nicht geeignet.

Lichtbogenschweißgerät

Beim Lichtbogenschweißgerät wird die benötigte Wärme durch elektrischen Strom in einem Lichtbogen erzeugt.

MIG/MAG-Schweißgerät Beim Metall-Aktivgas-Verfahren, kurz MAG-Verfahren, entsteht zwischen einer von der Maschine zugeführter Drahtelektrode und einem Werkstück ein Lichtbogen. Um das Stromkontaktrohr wird Schutzgas über die Gasdüse zugeführt, um die Schmelze vor den negativen Einflüssen der Luftatmosphäre zu schützen. Als aktive Bestandteile des Schutzgases zum Argon werden Sauerstoff und CO2 verwendet. Das Mischungsverhältnis Argon zu aktiven Gasen, hier vor allem CO2, bestimmt die Form und Tiefe des Einbrandes und den Tropfenübergang des Zusatzes. Auch hochlegierte CrNi-Stähle können MAG geschweißt werden. Wird hier CO2 als Aktivgas verwendet, so ist der Anteil auf maximal 5% CO2 zu begrenzen um die Aufnahme von Kohlenstoff in die Schmelze zu vermeiden. Die Folge wäre Korrosion.

Das Metall-Inertgas-Verfahren, kurz MIG-Verfahren, funktioniert ähnlich wie das MAG-Verfahren, allerdings nimmt das Schutzgas nicht aktiv am Schweißprozess teil, sondern dient nur als Schutz vor Oxidation. Das MIG-Verfahren wird hauptsächlich bei hochlegierten Stählen (CrNi-Stählen) und NE-Metallen eingesetzt. Als Schutzgas werden Argon oder Argon-Helium-Gemische verwendet.

WIG-Schweißgerät Beim Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen) brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück in einer inerten Schutzgasatmosphäre. Als Schutzgase werden verwendet Argon, Helium, Wasserstoff und deren Gemische.

Widerstandspressschweißgerät

Beim Widerstandspressschweißen werden die zu verbindenden Werkstücke aneinandergepresst und von einem hohen Strom durchflossen. An der Verbindungsstelle kommt das Metall zum Schmelzen. Dieser Vorgang läuft auf Grundlage des Joule'schen Gesetzes ab (Elektrowärme). Ein Punktschweißgerät besteht im Wesentlichen aus einem Gerät zur Krafterzeugung (in Form einer Ständermaschine oder Zange) und einem Transformator nebst Steuerung zur Einstellung des Schweißstromes und des Zeitablaufs. Ein Rollennahtschweißgerät funktioniert nach dem gleichen Prinzip, kann durch die Rollen aber auch Nähte erzeugen.

Ultraschallschweißgerät

Das Ultraschallschweißen ist eine Form des Reibschweißens, die hauptsächlich zur Verbindung von thermoplastischen Kunststoffen (Thermoplaste) verwandt wird. Dabei wird eines der zu verbindenden Teile fest eingespannt, während das andere Teil von einem Ultraschallresonator in Schwingung versetzt und gleichzeitig auf das feststehende Teil gepresst wird. An der Kontaktstelle werden die Moleküle der Werkstoffe in Schwingung versetzt, was zu einer stoffschlüssigen Verbindung der Werkstoffe führt.

Quelle: » Wikipedia «

Unter Schweißen versteht man (gemäß DIN-Norm DIN EN 14610 und DIN 1910-100) das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme oder Druck - mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffen.

Besonders häufig werden Schmelzschweißverfahren für meist metallische Materialien angewendet, jedoch auch für Glas (bei Gebrauchsprodukten oder bei Glasfasern in der Nachrichtentechnik) sowie für thermoplastische Kunststoffe. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren in einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt, beim Reibverschweißen auch in einer Fläche. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt.

Schmelzschweißen ist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne gleichartigem Schweißzusatz (ISO 857-1). So kann man unter anderem Metalle, Thermoplaste oder Glas verschweißen.

Das Material kann nach dem Schweißen und dem Abkühlen nachteilige Eigenschaften aufweisen (Aufhärtung, Versprödung), was durch Materialwahl, Atmosphäre und Verfahren vermieden werden muss.

Beim Schmelzschweißen von Stahl ist zu beachten, dass nur bei einfachen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,22 % C (Festigkeit 500 N/mm²) ohne weiteres dauerhafte Schweißverbindungen zustande kommen. Bei höherfesten und legierten Stählen sind, um Rissbildung und Brüchen vorzubeugen, Zusatzmaßnahmen erforderlich, z. B. Vorwärmen, langsames Abkühlen, Anlassen, Spannungsarmglühen, oder es müssen spezielle Schweißverfahren angewendet werden.

Der Zweck des Schweißens wird unterschieden nach Verbindungs- und Auftragsschweißen. Verbindungsschweißen ist Fügen (DIN 8580) eines Werkstückes, z. B. Rohrlängsnaht. Auftragsschweißen ist Beschichten (DIN 8580) eines Werkstückes durch Schweißen. Sind der Grund- und der Auftragswerkstoff artfremd, wird unterschieden zwischen Auftragsschweißen von Panzerungen, Plattierungen und von Pufferschichten.

Der Begriff Bahnschweißen wird bei Verwendung von Robotern fürs automatisierte Schweißen verwendet.

Feuerschweißen

Das Feuerschweißen ist die älteste bekannte Schweißmethode. Dabei werden die zu verbindenden Metalle im Feuer unter Luftabschluss in einen teigigen Zustand gebracht und anschließend durch großen Druck, zum Beispiel durch Hammerschläge, miteinander verbunden. Diese dürfen anfangs nicht zu stark sein, da sonst die zu verbindenden Teile wieder auseinander geprellt werden. Im Gegensatz zu den meisten anderen Schweißmethoden wird der Stahl hierbei nicht aufgeschmolzen. Luftabschluss ist nötig, damit die Oberflächen bei Schweißtemperatur (1200 bis 1300°C) nicht oxidieren. Ursprünglich wurde Luftabschluss durch feinkörnigen Flusssand erreicht, wobei es schwierig war, einen solchen Sand mit dem richtigen Schmelzpunkt zu finden. Heutzutage benutzt man Borax, welches sich wie eine flüssige Haut über die Stahlteile legt und diese dadurch vor Oxidangriff schützt. Mit Feuerschweißen wurden früher vom Schmied unter anderem Waffen geschmiedet, zum Beispiel Dolche und Schwerter aus Damaszener Stahl.

Gasschmelzschweißen

Siehe Autogenschweißen.

Lichtbogenhandschweißen nach EN ISO 4063:2000-04

Das Lichtbogenhandschweißen, kurz E-Handschweißen genannt, ist eines der ältesten elektrischen Schweißverfahren für metallische Werkstoffe, welches heute noch angewandt wird. Nikolai Gawrilowitsch Slawjanow ersetzte 1891 die bis dahin zum Lichtbogenschweißen üblichen Kohleelektroden durch einen Metallstab, der gleichzeitig Lichtbogenträger und Schweißzusatz war. Da die ersten Stabelektroden nicht umhüllt waren, war die Schweißstelle nicht vor Oxidation geschützt. Deshalb waren diese Elektroden schwierig zu verschweißen.

Der elektrische Lichtbogen, der zwischen einer Elektrode und dem Werkstück brennt, wird als Wärmequelle zum Schweißen genutzt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird der Werkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Gleichzeitig schmilzt die Stabelektrode als Zusatzwerkstoff ab und bildet eine Schweißraupe. Zur Erzeugung kann Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet werden.

Als Schweißstromquellen (Schweißaggregate) dienen Schweißtransformatoren (Streufeldtransformatoren) mit oder ohne Schweißgleichrichter, Schweißumformer (zum Beispiel bei Arbeiten an Stadtbahn-Schienen, betrieben aus deren Oberleitung) oder |Schweißinverter (stromgeregelte Schaltnetzteile).

Stabelelektroden werden als Zusatzwerkstoff beim Lichtbogenschweißen verwendet. Für jede Schweißarbeit gibt es geeignete Elektroden, z. B. für Verbindungs- und Auftragsschweißungen. Aufschluss über die Art, Eigenschaften und Verwendbarkeit einer Elektrode gibt die Elektroden-Kurzbezeichnung, die auf jeder Elektrodenpackung aufgedruckt ist. Die Umhüllung der Elektrode entwickelt beim Abschmelzen Gase, die außer einer Lichtbogenstabilisierung den flüssigen Werkstoffübergang im Lichtbogen von den Einflüssen der umgebenden Luft abschirmen und den Abbrand von Legierungsbestandteilen mindern. Außerdem bildet die abschmelzende Umhüllung Schlacke. Diese ist leichter als flüssiger Stahl und wird auf die Schweißnaht geschwemmt. Dadurch werden eine langsame Abkühlung und somit geringere Schrumpfspannungen erreicht.

Durch Elektronenbeschuss heizt sich die Anode (positiver Pol) stärker auf und positive Metallionen strömen von dort zum Werkstück. Deshalb betreibt man verzehrende Elektroden meist als Anoden gegenüber dem Werkstoff als negativen Pol. Beim WIG-Verfahren ist die Elektrode jedoch negativ gepolt, um den Abtrag gering zu halten.

Lichtbogenschweißen wird im Hochbau (Brückenträger), aber auch in der Feinmechanik angewandt. Dabei gilt: Je dünner das Material, desto aufwändiger die Ausrüstung, da die niedrigen Stromstärken (um Materialien unter 1 mm Wandstärke nicht durchzubrennen) eine deutlich aufwändigere Regelung erfordern.

Für die Gefährdungsbeurteilung sind alle Inhaltsstoffe des Schweißrauches zu beachten, u. a. Titandioxid, Fluoride, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Eisenoxide und dessen Legierungsbestandteile wie Nickel, Cobalt, Chrom und Mangan. Wenn möglich ist auf Schutzgasschweißen (s. u.) auszuweichen, denn durch die fehlende Ummantelung der Elektrode werden weniger Chromate freigesetzt.

In Deutschland müssen die TRK-Werte beachtet werden (giftige Chromate, Nickelverbindungen, Mangan und Fluoride). Die anderen Bestandteile sind belastend und entsprechend (TRGS403, MAK-Werte) zu beurteilen. Untersuchungsgrundsatz G39

Schutzgasschweißen (SG) nach ISO 857-1:2002-11

Metallschutzgasschweißen (MSG)/(MIG/MAG)

Das MIG/MAG-Schweißen ist eines der jüngeren Lichtbogenschweißverfahren. Es stammt aus den USA, wo es 1948 zuerst angewandt wurde. Kurze Zeit später kam es nach Europa. Es wurde zuerst nur mit inerten Gasen oder mit Argon, das nur geringe Mengen an aktiven Bestandteilen (z. B. Sauerstoff) enthielt, angewandt und hieß deshalb abgekürzt SIGMA-Schweißen ("shielded inert gas metal arc"). Die Sowjetunion verwendete dann ab 1953 anstelle der teuren Inertgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen, nämlich Kohlendioxid (CO2). Dies war nur möglich, weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die den beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen ausglichen.

MIG/MAG (Metall-Inert-Gas; reaktionsträge Gase)/(Metall-Aktiv-Gas; aktive Gase) ist ebenfalls ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor in veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Gleichzeitig wird die Schweißstelle über eine Düse, das Schutz bzw. Mischgas, mit ca. 10 l/min, Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdraht-Durchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde.

MIG bedeutet Metall-Inertgasschweißen. Hierbei wird kein Aktivgas, sondern nur ein Inertgas (in der Regel Argon, aber auch Helium) zugeführt, um den Luftsauerstoff von der Schweißnaht fernzuhalten. Diese Schutzgase werden benötigt, um hochlegierte Stähle, NE-Metalle und Al-Legierungen zu schweißen.

Beim Metall-Aktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO2 oder einem Mischgas aus CO2, Argon und O2 gearbeitet, um die Schweißverbindung entsprechend den besonderen technologischen Erfordernissen zu beeinflussen. Das MAG-Schweißverfahren wird bei un- und höher legierten Stählen eingesetzt.

Wolfram-Inertgasschweißen (WIG, engl. TIG)

Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißverfahren) stammt aus den USA und wurde dort 1936 unter dem Namen Argonarc-Schweißen bekannt. Erst nach dem 2. Weltkrieg wurde es in Deutschland eingeführt. In englischsprachigen Ländern heißt das Verfahren TIG nach dem englischen "Tungsten" für Wolfram. Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch eine Reihe von interessanten Vorteilen aus. Es ist z. B. universell anwendbar: wenn ein metallischer Werkstoff überhaupt schmelzschweißgeeignet ist, dann lässt er sich mit diesem Verfahren fügen. Zum anderen ist es ein sehr "sauberes" Verfahren, das kaum Spritzer und nur wenig Schadstoffe erzeugt und bei richtiger Anwendung eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung gewährleistet. Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweißens ist auch, dass hier gegenüber anderen Verfahren, die mit abschmelzender Elektrode arbeiten, die Zugabe von Schweißzusatz und die Stromstärke entkoppelt sind. Der Schweißer kann deshalb seinen Strom optimal auf die Schweißaufgabe abstimmen und nur so viel Schweißzusatz zugeben, wie gerade erforderlich ist. Dies macht das Verfahren besonders geeignet zum Schweißen von Wurzellagen und zum Schweißen in Zwangslagen. Die genannten Vorteile haben dazu geführt, dass das Verfahren sich besonders gut eignet für Schweißungen von Luft- und Raumfahrtgeräten, Bauteile der Kerntechnik sowie für den chemischen Anlagen- und Apparatebau.

WIG-Schweißen

Die WIG-Schweißanlage besteht aus einer Stromquelle, die in den meisten Fällen auf Gleich- oder Wechselstromschweißen geschaltet werden kann, und einem Schweißbrenner, der mit der Stromquelle durch ein Schlauchpaket verbunden ist. Im Schlauchpaket befinden sich die Schweißstromleitung, die Schutzgaszuführung, die Steuerleitung und bei größeren Brennern der Zu- und Rücklauf des Kühlwassers.

Es gibt zwei Arten, den Lichtbogen zu zünden, die Kontakt- und die Hochfrequenzzündung:

Bei der Kontaktzündung (Streich- oder Anreißzündung) wird ähnlich dem Elektrodenschweißen die Wolframelektrode kurz auf das Werkstück getippt und somit ein Kurzschluss erzeugt. Nach dem Abheben der Elektrode vom Werkstück brennt der Lichtbogen zwischen Wolframelektrode und Werkstück. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass bei jedem Zünden etwas Material vom Werkstück an der Wolframelektrode hängenbleibt. Durch die hohen Temperaturen an der Spitze der Elektrode bildet sich eine "Wolfram-Werkstück-Legierung" die bei diesen Temperaturen flüssig ist, wodurch die nadelscharfe Spitze anschmilzt. Dadurch sind feine Schweißnähte mit diesem Verfahren nur schwierig durchführbar.

Bei der Hochfrequenzzündung wird mit Hilfe eines Hochfrequenzzünders, der eine hohe Spannung auf die Wolframelektrode gibt, das Gas zwischen Elektrode und Werkstück ionisiert, wodurch der Lichtbogen gezündet wird. Der Hochfrequenzzünder hat eine ungefährliche Stromstärke. Als Schutzgas werden die inerten Gase Argon, Stickstoff, Helium oder ein Gemisch daraus verwendet. Weitere Gase wie Wasserstoff oder Stickstoff können ebenfalls zugesetzt sein. (Argon 4.6 = 99,996 % Argon), (Argon 4.8 = 99,998 % Argon), (Helargon = 10 % Helium, 40 % Argon, 50 % Stickstoff) (Arcal10 = 10 % Wasserstoff, 40 % Argon, 50 % Stickstoff).

Bei der WIG-Schweißung unterscheidet man das Gleichstrom- und Wechselstromschweißen. Das Gleichstromschweißen wird vorwiegend zum Schweißen von legierten Stählen und NE-Metallen und deren Legierungen eingesetzt, wobei die Wolframelektrode auf dem Minuspol liegt. Das Wechselstromschweißen wird meist zum Schweißen von Leichtmetallen eingesetzt. In Sonderfällen werden Leichtmetalle auch mit Gleichstrom und mit einer positiven Elektrode geschweißt. Dabei werden Spezialschweißbrenner mit einer sehr dicken Wolframelektrode und als Schutzgas Helium verwendet. Nötig ist die Pluspolung der Wolframelektrode bei Leichtmetallen, da diese zumeist eine harte Passivierungsschicht mit sehr hohem Schmelzpunkt (Aluminiumoxid, Magnesiumoxid) auf ihrer Oberfläche gebildet haben. Diese Passivschicht wird durch die Minuspolung des Werkstücks zerstört, da das Werkstück nun als Elektronen emittierender Pol fungiert und negative Sauerstoffionen abgeführt werden.

WIG-Impulsschweißen

Eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens ist das Schweißen mit pulsierendem Strom. Dabei pulsiert der Schweißstrom zwischen einem Grund- und Impulsstrom mit variablen Frequenzen, Grund- und Impulsstromhöhen und -breiten. Die Pulsfrequenz, die Impulsbreite und die Impulshöhe sind getrennt voneinander einstellbar. Das WIG-Pulsen mit variablem Stromverlauf kann nur mit einer besonderen Schweißanlage (Schweißinverter) durchgeführt werden. Die fein dosierbare Wärmeeinbringung beim WIG-Impulsschweißen ermöglicht eine gute Spaltüberbrückung, eine gute Wurzelschweißung und ein gutes Schweißen in Zwangslagen. Schweißnahtfehler am Nahtanfang und Nahtende, z. B. beim Rohrschweißen, werden vermieden.

Bei allen Beschreibungen handelt es sich um manuelles oder teilmechanisiertes WIG-Schweißen mit Zusatzwerkstoff vorwiegend ø 1,6 mm. Beim Impulsschweißen von Leichtmetallen (namentlich: AA6061) kann ein Anschmelzen an der Oberfläche erzielt werden und somit bei dünnen Blechen <1.0 mm Durchschmelzungen verhindert werden. Vor allem bei Kehlnähten wird die Ecke eher erfasst als beim Standardschweißen mit konstantem Strom. Es wurden auch Bleche mit einer Dicke von 0,6 mm einwandfrei stumpfgeschweißt, da die Stabilität des Lichtbogens sowie die konzentrierte Wärmeeinbringung ein kleines definiertes Schmelzbad erlauben. Das Heften stellt das Hauptproblem dar, wenn ein Spalt vorhanden ist und so wurzelseitig Sauerstoff Zutritt hat. Der Einfluss der Wolframelektrodenlegierung und die Zusammensetzung des Schutzgases ist wichtig; diese Parameter beeinflussen den Prozess wesentlich.

Die BGI 746 (Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) enthält Hinweise zum sicheren Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden für das Wolfram-Inertgasschweißen und beschreibt die notwendigen Schutzmaßnahmen, die ergriffen werden müssen, um mögliche Gefährdungen beim Umgang mit diesen Elektroden auszuschließen oder auf ein vertretbares Maß zu minimieren.

Plasmaschweißen (Wolfram-Plasmaschweißen)

Beim Plasmaschweißen dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Plasma ist ein durch einen Lichtbogen hocherhitzes elektrisch leitendes Gas. Im Plasmabrenner wird durch Hochfrequenzimpulse das durchströmende Plasmagas (Argon) ionisiert und ein Hilfslichtbogen (Pilotlichtbogen) gezündet. Dieser brennt zwischen der negativ gepolten Wolframelektrode und der als Düse ausgebildeten Anode und ionisiert die Gassäule zwischen Düse und plusgepoltem Werkstück. Ein berührungsloses Zünden des Lichtbogens ist dadurch möglich. Der für das Schweißen verwendete, sogenannte übertragene Lichtbogen (Plasmastrahl) wird von einem Schutzgasmantel z. B. aus einem Gasgemisch von Argon mit 5 bis 7 % Wasserstoff umgeben, der die Schmelze vor Oxidation schützt und den Lichtbogen stabilisiert. Die Einengung des Plasmas durch die wassergekühlte Kupferdüse zu einer fast zylindrischen Gassäule ergibt eine höhere Energiekonzentration als beim WIG-Schweißen, wodurch höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich sind. Der Verzug und die Spannungen sind daher geringer als beim WIG-Schweißen. Durch den noch bei geringsten Stromstärken (weniger als 1 A) stabil brennenden Plasmalichtbogen und die Unempfindlichkeit bei Abstandänderungen der Düse zum Werkstück wird das Verfahren auch in der Mikroschweißtechnik eingesetzt. Mit dem Mikroplasmaschweißverfahren (Schweißstrombereich 0,5-15 A) können Bleche mit 0,1 mm noch geschweißt werden. Das Plasma-Stichloch- oder -Schlüsselloch-Schweißen wird ab einer Blechdicke von 3 mm eingesetzt und kann in Abhängigkeit vom zu verschweißenden Werkstoff bis zu einer Dicke von 10 mm für das einlagige Schweißen ohne Nahtvorbereitung angewendet werden. Hauptanwendungsgebiete sind der Behälter- und Apparatebau, der Rohrleitungsbau und die Raumfahrt.

Arcatom-Schweißen

Arcatom-Schweißen (auch Lichtbogenschweißen genannt) ist ein von Irving Langmuir im Jahre 1924 erfundenes Verfahren, das die Rekombinationsenergie von atomarem Wasserstoff zum Schweißen benutzt.

Dafür wird normales (molekulares) Wasserstoffgas durch einen Lichtbogen zwischen zwei Wolframelektroden (Langmuir-Fackel) in die Richtung der Schweißstelle geblasen, wobei atomarer Wasserstoff entsteht. An dem zusammenzuschweißenden Metall bildet sich wieder molekularer Wasserstoff unter Abgabe großer Energien auf eine kleine Fläche:

Zwei H-Atome reagieren zu einem H2-Molekül und setzen dabei Energie frei.

Dabei können Temperaturen bis zu 4000 °C entstehen. Das bearbeitete Metall ist dabei von Wasserstoff umgeben und kann in diesem als Schutzgas wirkenden Medium auch nicht oxidieren.

WIG-Orbitalschweißen

Der Begriff Orbitalschweißen ist eine Abwandlung aus dem lateinischen Wort orbis = der Kreis. Die Wortverbindung Orbital und Schweißen soll damit einen Prozess bezeichnen, bei dem der Lichtbogen um einen feststehenden Rundkörper (meist Rohr) geführt wird. Der Ausdruck Orbitalschweißen ist grundsätzlich kein exakt definierter Begriff, wird aber allgemein nur für solche Abläufe benutzt, bei denen sich der Lichtbogen mindestens 360° ohne Unterbrechung um das zu verschweißende Werkstück bewegt. Rein schweißtechnisch gehört das Orbitalschweißen in die Rubrik teilmechanisiertes (WIG-)Schweißen. Da wegen der guten Kontrollierbarkeit des Schmelzbades dieser Prozess praktisch nur mit dem WIG-Verfahren ausgeführt werden kann, gelten natürlich auch nahezu alle für das WIG-Schweißen relevanten Regeln wie z. B. Auswahl der Gase, Sauberkeit, Verschweißbarkeit bestimmter Werkstoffe oder aber auch Erzielbarkeit mechanischer Gütewerte. Orbitalschweißen wird heute überall dort eingesetzt, wo sehr hohe Qualitätsansprüche an die Schweißnaht gestellt werden. Diese Ansprüche beschränken sich aber nicht nur auf Festigkeit bzw. Röntgensicherheit, sondern vor allem auch auf die Ausbildungsform der Naht. So ist die flache, gleichmäßige und mit geringer Rauhigkeit erzielbare Wurzel für viele Anwender primäres Kriterium zum Einsatz des Verfahrens. Es wird deshalb heute bevorzugt in folgenden Bereichen eingesetzt:

- Chemie

- Pharmazie

- Lebensmitteltechnik

- Biotechnik

- Reinstwasseranlagen

- Halbleiterindustrie

- Luft- und Raumfahrt

- Automobiltechnik

- Pipelinebau

Widerstandsschweißen

Siehe auch ausführlichen, eigenständigen Artikel Widerstandsschweißen

Punktschweißen

Punktschweißen ist ein Widerstandsschweißverfahren zum Verschweißen von Blechen. Die Bleche (meist zwei, es sind aber auch Dreiblechschweißungen möglich) werden dabei durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst. Durch die Elektroden wird ein Schweißstrom in das Blech eingeleitet. Das Aufschmelzen des Grundwerkstoffes erfolgt an der Stelle des größten elektrischen Widerstandes, d. h. in der Regel am Übergang zwischen den Blechen. Dieser Übergangswiderstand ist etwa 30mal höher als der Widerstand des Materials selbst. Die Elektroden sitzen meistens am Ende einer Punktschweißzange oder an Zylindern. Um ein Überhitzen der Elektroden zu vermeiden, wird häufig auf der Innenseite Kühlwasser hindurchgeleitet. Die Elektroden bestehen in fast allen Fällen aus Kupfer und Legierungen daraus, zum einen wegen der sehr guten Leitfähigkeit für Strom und Wärme, zum anderen aber auch, da der Übergangswiderstand der Elektroden zum Werkstückmaterial nur etwa fünfmal höher ist als der Widerstand im Werkstück selbst. Beim Punktschweißen neben bereits geschweißten Punkten kann es vorkommen, dass über diese Strom abfließt (sog. Nebenschluss) und damit weniger Wärme an der zu verschweißenden Stelle eingebracht wird.

Punktschweißen ist ein wichtiges Verfahren zur Verbindung der Karosserieteile im Automobilbau sowie bei der Fertigung elektrotechnischer Artikel und zum Beispiel Elektronenröhren.

In letzter Zeit wird alternativ zum Punktschweißen auch das Durchsetzfügen (ein formschlüssiges Umform-Fügeverfahren) angewandt.

Eine Sonderform des Punktschweißens ist das Bolzenschweißen. Es kann auch Merkmale des Lichtbogenschweißens aufweisen. Hierbei werden Bolzen (meist Gewindebolzen) auf Blech oder auch massive Körper geschweißt. Das Verfahren ist auch ohne rückseitige Kontaktierung ausführbar, zum Beispiel zur Befestigung der Heizkostenverteiler an Heizkörpern oder von Erdbolzen an Behältern.

Rollennahtschweißen

Ein Rollennahtschweißgerät funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie Punktschweißen, kann durch die Rollen aber auch kontinuierliche Nähte erzeugen. Ein Beispiel ist die Fertigung der zylindrischen Teile von Weißblech-Konservendosen.

Buckelschweißen

Buckelschweißen entspricht im Prinzip dem Punktschweißen, wobei aber in einem der zu verbindenden Bauteile eine oder mehrere Erhöhungen (Schweißbuckel) eingebracht werden. Nur diese Buckel liegen nun auf dem anderen zu verschweißenden Bauteil auf. Durch die Geometrie des Buckels ist der Bereich des Stromüberganges genau definiert, als Elektroden werden (im Unterschied zum Punktschweißen) flächenhafte Kupferelektroden verwendet. Während des Stromflusses schmilzt der Buckel teilweise auf, drückt das Material des Buckels teilweise in das andere Bauteil und geht mit diesem eine Verbindung ein. Eine weitere Variante des Buckelschweißens ist das Ausnutzen natürlicher Buckel, beispielsweise beim Schweißen von Gittern (sogenanntes Kreuzdrahtschweißen). Dabei fließt Strom über die Kontaktstellen der einander kreuzenden Metallstäbe, wodurch es an diesen Stellen zur Erwärmung und Verschweißung kommt. Die Vorteile des Buckelschweißens liegen in dem geringen Elektrodenverschleiß und in der gleichzeitigen Verschweißbarkeit mehrerer Buckel. Wegen der Aufteilung des Schweißstromes auf mehrere Buckel muss die Schweißstromquelle einen entsprechend der Buckelzahl höheren Strom liefern können.

Kaltpressschweißen

Kaltpressschweißverbindungen erfolgen unter hohem Druck und unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Einzelteile. Hierbei bleiben die Partner im festen Zustand, allerdings ist eine plastische Verformung mit einer starken Annäherung der Kontaktflächen notwendig. Durch die extrem enge Berührung der beiden Kontaktflächen erfolgt die Zerstörung störender Oberflächenschichten und auf Grund von nun wirkenden zwischenatomaren Bindekräften eine stabile Verbindung der Werkstücke. Um eine gute Verbindung zu erhalten, sind Mindestverformungen von Materialien mit ausreichender Kaltverformbarkeit notwendig (Beispiel: Kupfer sowie Aluminium miteinander und untereinander). Kaltpressschweißen ist wie andere Schweißverfahren auch für stromleitende Verbindungen geeignet. Bei Aluminium ist eine vorherige Entfettung und ein Aufreißen der oberflächlichen Oxidschicht hilfreich (Beispiel: Aluminium-Kontaktfahnen in Elektrolytkondensatoren). Unter Hochvakuum können Metalle unter anderem auch mit Keramik kaltpressverschweißt werden.

Reibschweißen

Beim Reibschweißen werden zwei Teile relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung. Am Ende des Reibvorganges ist es von entscheidender Bedeutung, die Teile richtig zueinander zu positionieren und einen hohen Druck auszuüben. Die Vorteile dieses Verfahrens sind, dass die so genannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner ist als bei anderen Schweißverfahren und dass es nicht zur Bildung von Schmelze in der Fügezone kommt.

Rotationsreibschweißen

Das Rotationsreibschweißen ist ein Pressschweißverfahren. Dabei muss mindesten eines der Fügeteile in der Fügezone eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen. Die Energiezufuhr wird ausschließlich durch eine Relativbewegung der Fügeteile zueinander unter Druck eingebracht. Dabei steht ein Fügeteil still und das zweite Teil wird in Rotation versetzt. Weit verbreitet ist die Anwendung, um an Rohre (Bohrgestängen) Verbinder unterschiedlicher Materialgüte anzuschweißen. Das Verfahren wird in Deutschland seit ca. 40 Jahren eingesetzt. Anfänglich wie auch heute waren die unterschiedlichsten Materialkombinationen der große Vorteil dieses Verfahrens. So werden millionenfach im Jahr Auslassventile für Verbrennungsmotoren geschweißt (hochwarmfester Stahl an härtbaren Stahl) und das mit Taktzeiten von weniger als zehn Sekunden. Mit diesen Schweißverfahren können unterschiedliche Werkstoffe, wie z. B. Stahl und Aluminium stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Die verwendeten Maschinen ähneln Drehmaschinen. Sie enthalten eine rotierende Spindel und ein nicht rotierendes Gegenstück, das auf einen axial zustellbaren Schlitten gespannt und auf das rotierende Teil gedrückt wird. Die Axialkräfte können je nach Abmessung von wenigen 100 N bis über 10.000 kN (entsprechend 1000 t) reichen. Die jeweiligen Maschinen sind dann so groß wie ein Schreibtisch oder aber auch wie eine Lokomotive.

Positioniertes Reibschweißen stellt eine (optionale) Sonderanwendung dar und bedingt eine Sondersteuerung und Spezialantriebsmotor. Anwendungsfälle hierfür sind z. B. Gelenkwellen, Trailerachsen und Achsstabilisatoren.

Ultraschallschweißen

Das Ultraschallschweißen ist ein Verfahren zum Fügen von Kunststoffen und insbesondere auch Aluminium. Grundsätzlich können nur thermoplastische Kunststoffe geschweißt werden. Es können aber auch Metalle geschweißt werden, das sind zum Beispiel beim Anschluss von Mikroelektronik-Chips (siehe Drahtbonden) dünne Aluminiumdrähte zwischen den Bondinseln und den Anschlüssen. Es ist das bevorzugte Verfahren zum Herstellen dünner Aluminiumverbindungen, da es die spontane Oxidschicht aufreißt.

Bei Thermoplast muss an der Schweißstelle das Material durch Zuführen von Wärme aufgeschmolzen oder zumindest erweicht werden. Das wird durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erreicht. Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens ist, dass die zum Schweißen notwendige Wärme zwischen den Bauteilen durch Molekular- und Grenzflächenreibung in den Bauteilen entsteht. Somit gehört das Ultraschallschweißen zur Gruppe des Reibschweißens.

Das Ultraschallschweißgerät besteht im Wesentlichen aus den Baugruppen:

• Generator
• Schwinggebilde (Konverter, Amplitudentransformationsstück, Sonotrode)
• Amboss

Erzeugt wird die Ultraschallfrequenz mit Hilfe eines Hochfrequenz-Generators. Dieser wandelt die Netzspannung in eine Hochfrequenz um. Durch ein geschirmtes Kabel wird die Hochfrequenzleistung zu einem Ultraschallwandler (dem sogenannten Konverter) übertragen. Der Konverter arbeitet mit dem piezoelektrischen Effekt oder mit dem magnetostriktiven Effekt. Es entstehen mechanische Schwingungen, die über ein Amplitudentransformationsstück auf die Sonotrode übertragen werden. Die Amplitude der Schwingung bzw. die Impedanzanpassung wird durch die Form des Amplitudentransformationsstückes beeinflusst.

Die Schwingungen werden unter Druck auf das Werkstück übertragen, wobei durch Molekular- und Grenzflächenreibung die zum Plastifizieren notwendige Wärme erzeugt wird. Durch die örtliche Temperatur beginnt der Kunststoff zu erweichen und der Dämpfungskoeffizient steigt. Die Zunahme des Dämpfungsfaktors führt zu weiterer Wärmeerzeugung, was den Effekt einer sich selbst beschleunigenden Reaktion hat.

Beim Ultraschallschweißen von Aluminium (insbesondere Folie und dünne Drähte werden ultraschallgeschweißt) entsteht keine nennenswerte Wärme - die Verbindung entsteht nach Aufbrechen der Oxidschicht wesentlich durch ein Ineinander-Verzahnen der Fügepartner.

Das Verfahren ist durch sehr geringe Schweißzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet.

Reibrührschweißen / Rührreibschweißen - FSW (Friction Stir Welding)

Das Rührreibschweißen auch FSW genannt, wurde 1991 von Wayne Thomas erfunden und vom TWI (The Welding Institute) in Großbritannien patentrechtlich geschützt. Beim Rührreibschweißen wird die Reibenergie jedoch nicht durch die Relativbewegung der beiden Fügepartner erzeugt, sondern durch ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug in die Fügezone eingebracht.

Der Prozessablauf gliedert sich im Wesentlichen in drei Schritte. Im ersten Schritt wird ein rotierendes Werkzeug mit hoher Kraft solange in den Fügespalt gedrückt, bis die Werkzeugschulter auf der Bauteiloberfläche zur Anlage kommt. Während des zweiten Schritts verweilt das sich drehende Werkzeug für einige Sekunden an der Eintauchstelle. Durch die Reibung zwischen Werkzeugschulter und Fügepartnern erwärmt sich der Werkstoff unter der Schulter bis kurz unter den Schmelzpunkt. Dieser Temperaturanstieg hat einen Festigkeitsabfall zur Folge, wodurch der Werkstoff plastifiziert wird und eine Vermischung der Fügezone möglich wird. Mit dem Einsetzen der Vorschubbewegung beginnt der dritte Schritt, bei dem das rotierende Werkzeug mit hoher Anpresskraft entlang der Fügelinie bewegt wird. Der durch die Vorschubbewegung entstehende Druckgradient zwischen Vorder- und Rückseite des Werkzeugs und dessen Rotationsbewegung bewirken den Transport von plastifiziertem Werkstoff um das Werkzeug herum, der sich dort vermischt und die Naht bildet. Am Ende der Naht wird das Werkzeug wieder aus der Fügezone herausgezogen. Aufgrund des charakteristischen Prozessablaufs des Rührreibschweißens ist es deshalb sehr für Aluminiumlegierungen geeignet. Probleme, die beim Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen durch den Phasenübergang verursacht werden, wie z. B. die Heißrissproblematik und die Porenbildung, treten beim Rührreibschweißen infolge der Absenz einer flüssigen oder dampfförmigen Phase nicht auf.

Verfahrenstechnisch besteht ein Zusammenhang zwischen Schmieden und Extrudieren, einerseits wird der Werkstoff durch eine vertikal zur Werkstückoberfläche gerichteten Kraft unter Wärmeeinbringung gestaucht und andererseits durch die Geometrie des rotierenden Werkzeugs der teilplastische Werkstoff durch Verwirbelung nach unten gedrückt. Es entsteht ein Extrusionskanal, der bis an die Nahtwurzel reicht (auch Schweißnugget genannt). Die zu fügenden Werkstücke stehen still. Eine besondere Ausformung der Naht vor der Verschweißung ist nicht notwendig.

Das Werkzeug besteht aus einer senkrecht zum Pin angeordneten Schulter mit einem größeren Durchmesser als der Pin selbst. Die Schulter kann man sich als eine Halbschale vorstellen, welche die Umgebungsluft von der Schweißnaht isolieren soll. Der Pin ist für die Verwirbelung des Werkstoffs zuständig. Die Neigung des Werkzeugs zur Werkstückoberfläche beträgt etwa 2-3° in stechender Anordnung. Das Werkzeug selbst hat einen geringen Verschleiß, es muss zur Aufrechterhaltung der Qualität nach etwa 3km Schweißnaht ausgetauscht werden.

Vorteile des Verfahrens sind:

- Zusatzwerkstoffe nicht nötig

- hohe erzielbare Nahtfestigkeiten

- kein Schutzgas nötig

- relativ einfacher Prozessablauf

- breites Spektrum von Mischverbindungen möglich

- relativ niedrige Temperaturen (in Aluminium ca. 550°C auf der Schweißnahtoberfläche) und damit wenig Verzug Das Verfahren wird auch zur lokalen Eigenschaftsverbesserung

bzw. zum schließen von Poren in Gussgefüge verwendet. Es wird dann oft anstelle von FSW (Friction Stir Welding) von FSP (Friction Stir Processing) gesprochen.

Herausforderung beim Einsatz des Verfahres sind:

- relativ hohe Prozesskräfte (je nach Legierung und Bauteildicke von ca. 1kN bis weit über 20kN)

- eingeschränkte 3D-Fähigkeit durch notwendigen Kontakt von Schulter zu Bauteil

- Endkrater am Ende der Schweißnaht durch Austritt des Werkzeugs. Hierfür wurde eine Lösung durch einen automatisch zurückziehbaren Pin gefunden (RPT-Technologie (Retractable Pin Tool).

Mit dem Rühreibschweißen können Bleche verschiedener Materialien bis zu einer Tiefe von mehr als 30mm gefügt werden. Die erzielbaren Einschweißtiefen und Schweißgeschwindigkeiten hängen dabei stark vom zu fügenden Material ab und verringern sich in der Regel mit steigender Festigkeit und Härte. Die Prozesskräfte steigen mit steigender Festigkeit und Härte des Materials stark an. Verwendet wird das Verfahren deshalb hauptsächlich für Aluminium. Des Weiteren ist auch ein Fügen von Metallschäumen möglich.

Verwendung findet das FSW hauptsächlich beim Verschweißen großflächiger Bauteile. Anwendungsbeispiele sind hier die Flugzeugindustrie, Raumfahr, Schifffahrt Schienenfahrzeugbau aber mittlerweile auch verstärkt bei kleineren Anwendungen im Automobilbau oder der Medizintechnik.

Ein weiteres Beispiel sind die Hintertüren des Mazda RX-8. Hier wird keine Naht gezogen, sondern es werden nur Punkte geschweißt. Dies nennt man auch Reibpunktschweißen oder FSSW-Schweißen (Friction Stir Spot Welding). Das Werkzeug führt hier nur eine Vertikalbewegung durch.

Herkömmlicherweise werden für das FSW Spezialmaschinen verwendet, die speziell für dieses Verfahren konstruiert oder umgerüstet wurden um den Anforderungen des Prozesses zu genügen. Vereinzelt kommen auch Tricept-Robotersysteme zum Einsatz. Mittlerweile werden auch herkömmliche Produktionswerkzeuge für das FSW eingesetzt um Kosten zu reduzieren und die Flexibilität zu erhöhen. Beispielsweise wurde der FSW Prozess mittlerweile auf Werkzeugmaschinen oder Standard Industrierobotern umgesetzt.

Eine Hybridvariante des Rührreibschweißens ist das LAFSW-Schweißen (Laser Assisted Friction Stir Welding). Bei dieser Variante wird zusätzlich Wärmeenergie durch einen Laserstrahl eingebracht, der unmittelbar vor dem rotierenden Werkzeug vorauseilt. Dadurch soll unter anderem eine Verringerung der vertikalen Kraft beim Einführen des FSW-Werkzeugs in das Werkstück und ein Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit erreicht werden, jedoch ist dies mit einem erhöhten Kostenaufwand (Laser) verbunden.

Unterpulverschweißen (UP-Schweißen)

Das Unterpulverschweißen ist ein voll mechanisiertes Lichtbogenschweißverfahren, mit dem hohe Abschmelzleistungen erzielt werden können. Es wird industriell vor allem zum Schweißen langer Nähte eingesetzt und eignet sich nicht zur manuellen Ausführung.

Beim Unterpulverschweißen wird der Schweißprozess von einer Schicht aus grobkörnigem, mineralischen Schweißpulver bedeckt. Dieses schmilzt durch die vom Lichtbogen emittierte Wärme und bildet eine flüssige Schlacke, die aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem metallischen Schmelzbad schwimmt. Durch die Schlackeschicht wird das flüssige Metall vor Zutritt der Atmosphäre geschützt. Der Lichtbogen brennt in einer gasgefüllten Kaverne unter Schlacke und Pulver. Nach dem Schweißvorgang löst sich die Schlackeschicht oft von selbst ab, das nicht aufgeschmolzene Pulver kann wiederverwendet werden.

Besonders hervorzuheben ist die weitgehende Emissionsfreiheit dieses Verfahrens, da der Lichtbogen unter der Pulverschicht brennt und nur geringe Mengen Rauch freigesetzt werden. Es ist kein Sichtschutz notwendig. Wegen der Abdeckung des Prozesses hat das Verfahren einen hohen thermischen Wirkungsgrad, was jedoch den Einsatz auf große Blechdicken beschränkt. Gleichzeitig ist hierdurch keine unmittelbare Sichtkontrolle des Prozesses möglich. Jedoch werden im allgemeinen spritzerfreie Nähte sehr hoher Qualität erzielt, sofern geeignete Schweißparameter verwendet werden.

Durch die Auswahl einer bestimmten Kombination aus Draht und Pulver kann die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes beeinflusst werden, da durch die Reaktionen von metallischer Schmelze und Schlacke in der Kaverne ein Abbrand bzw. Zubrand von Legierungselementen erfolgen kann.

Laserstrahlschweißen

Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt.

Die Laserstrahlung wird mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, bzw. der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (im Brennfleck); die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt z. B. auch die Einschweißtiefe fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese je nach Werkstoff sehr hart und verliert in der Regel an Zähigkeit.

Laserschweißen von Metallen

Beim Laserschweißen wird zwischen Lasertiefschweißen und Wärmeleitungsschweißen unterschieden. Beide Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich durch die verwendeten Strahlintensitäten.

Tiefschweißen

Bei hohen Strahlintensitäten im Fokus (z. B. bei Stahlwerkstoffen ca. 4 MW/cm² abhängig u. a. von der Verfahrgeschwindigkeit; bei einer Geschwindigkeit von 1 m/min reichen unter Umständen auch etwa 2 MW/cm²) bildet sich in der Schmelze in Strahlrichtung eine Dampfkapillare (mit Metalldampf bzw. teilionisiertem Metalldampf gefüllter, schlauchförmiger Hohlraum, auch keyhole genannt) in der Tiefe des Werkstückes aus. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe aufgeschmolzen, die Schmelzzone kann tiefer als breit sein. Die Dampfkapillare erhöht aufgrund von Mehrfachreflexionen an den Wandungen die Absorption der Laserstrahlung im Material, wodurch ein gegenüber dem Wärmeleitungsschweißen vergrößertes Schmelzvolumen erzeugt werden kann.

Wärmeleitungsschweißen

Werden Strahlintensitäten bis 100 kW/cm² verwendet, liegt in der Regel Wärmeleitschweißen vor. Da Metalle für Laserstrahlen, abhängig von der eingestrahlten Wellenlänge, eine Reflektivität von bis zu 95 % besitzen können, reicht die Intensität nicht aus, um eine Dampfkapillare (keyhole) zu erzeugen. Die Strahlung dringt nicht ein, die Wärme und somit das Schmelzbad dringen weniger tief ein, daher werden hiermit hauptsächlich geringe Materialdicken geschweißt.

Laserschweißen von Kunststoffen

Beim Laserschweißen von Kunststoffen können ausschließlich Thermoplaste verwendet werden - nur diese können eine Schmelze bilden.

Das Laserschweißen von Kunststoffen findet meist im Überlappverfahren statt. Dabei werden zwei unterschiedliche Schweißpartner verwendet. Der obere ist für die verwendete Laserwellenlänge transparent. Durch diesen strahlt der Laser hindurch. Aufgrund der Transparenz erhitzt er sich kaum. Der untere Schweißpartner muss die Strahlung absorbieren. Dazu kann zum Beispiel eine Beigabe von absorbierenden Partikeln (z. B. ca. 0,3 Gew.-% Ruß) beitragen. Dieser Stoff nimmt die Energie auf, beginnt zu schmelzen und gibt dabei seine Temperatur auch an den oberen Partner weiter. Damit der Energieübergang und ein Materialkontakt stattfindet, müssen beide Partner oft zusammengepresst werden, zumindest jedoch passgenau zueinander sein. Durch das Zusammenfließen der beiden Stoffe kann so eine Schweißnaht hergestellt werden.

Häufig werden hierfür die effizienten Diodenlaser eingesetzt, diese weisen bei den erforderlichen kleinen Leistungen (ca. 5 bis 150 Watt) eine für dieses Schweißverfahren ausreichende Strahlqualität auf.

Vor- und Nachteile

Ein großer Vorteil lasergeschweißter Bauteile ist der durch den im Vergleich zu anderen Schweißverfahren geringere, konzentrierte Energieeintrag in das Werkstück. Die Folge ist u.a. geringerer thermisch bedingter Verzug. Daher wird dieses Schweißverfahren oftmals zum Fügen von Komponenten zu Fertigbauteilen eingesetzt (z. B. Gangrad und Synchronkörper -> Getrieberad).

Damit wird oft auch der Nachteil der geringen Strahlungs-Absorption beim Wärmeleitschweißen von Metallen ausgewogen.

Ein weiterer Vorteil ist die große Arbeitsentfernung (Schweißen über bis etwa 500 mm Abstand oder an schwer zugänglichen Stellen) und die freie Wahl der Umgebungsatmosphäre.

Besonderheit des Laserschweißens ist, dass sämtliche Nahtgeometrien hergestellt werden können (Stumpfnähte, Überlappnähte oder Kehlnähte). Große Spaltbreiten können jedoch nicht überbrückt werden, dann kommen eventuell Zusatzwerkstoffe zum Einsatz.

Nachteil sind die hohen Anlagenkosten.

Ausrüstung

Eine Laserschweißanlage besteht in der Regel aus dem Laser, einer Bewegungseinheit und einem optischen System zur Führung des Laserstrahles, an dessen Ende die Bearbeitungs- und Fokussier-Optik sitzt. Das Bewegungssystem bewegt entweder den Laserstrahl über das Werkstück oder das Werkstück unter dem Laserstrahl. Seltener sind Bauformen, wo sowohl das Werkstück als auch der Laserstrahl bewegt werden. Der Laserstrahl kann auch nach der Fokussierung mit einem Spiegelscanner über das Werkstück bewegt werden. Scannersysteme bestehen aus einer Kombination von rotierenden Facettenspiegeln oder verkippbaren Ablenkspiegeln (siehe Galvanometer), die den Laserstrahl über die einstellbaren Winkel der Spiegel an unterschiedliche Orte reflektieren können. Der Vorteil liegt hauptsächlich in der sehr hohen möglichen Geschwindigkeit der Positionierung des Laserstrahles. Diese Technik setzt voraus, dass der Laser einen Laserstrahl sehr hoher Strahlqualität bei vergleichsweise hoher Laserleistung liefert (z. B. Faserlaser, Scheibenlaser, CO2Slab-Laser o. ä.). Diese Art des Laserschweißens wird auch als Remote-Schweißen bezeichnet.

Häufig verwendete Strahlquellen beim Laserschweißen von Metallen sind der Nd:YAG-Laser (Wellenlänge 1,06 µm) und der CO2-Laser (Wellenlänge ca. 10,6 µm). Neuerdings werden immer häufiger auch Diodenlaser eingesetzt, da inzwischen Halbleiterlaser im Hochleistungsbereich (einige 1000 Watt) hergestellt werden können. Vorteilhaft ist deren gegenüber Nd:YAG und CO2-Lasern wesentlich höherer Wirkungsgrad. Der Strahl des Nd:YAG-Lasers und des Diodenlasers ist fasergängig, d. h. er kann über einen Lichtwellenleiter bzw. ein Glasfaserkabel in die Laserschweißoptik geführt werden. Diese besteht aus Glaslinsen. Der CO2-Strahl hingegen kann nur durch Luft geführt werden und muss über Spiegel zur Bearbeitungsoptik geleitet werden. Diese besteht bei CO2-Lasern aus Linsen aus einkristallinem Zinkselenid oder oft auch aus einem Fokussierspiegel (meist aus Kupfer).

Elektronenstrahlschweißen

Beim Elektronenstrahlschweißen wird die benötigte Energie von durch Hochspannung (60-150 kV) beschleunigten Elektronen in die Prozesszone eingebracht. Die Strahlbildung erfolgt im Hochvakuum (< 10-4 mbar) durch ein Triodensystem, bestehend aus Kathode, Steuerelektrode und Anode. Der Schweißvorgang geschieht meistens im Vakuum, kann aber beim sog. NV - EBW ( Non-Vacuum Electron Beam Welding, dt. Elektronenstrahlschweißen an Atmosphärendruck) auch unter Normaldruck geschehen. Hier wird dann mit einer Strahlleistung von bis zu 30 kW gearbeitet, wobei der Arbeitsabstand zwischen Strahlaustritt und Werkstück zwischen 6 und 30 mm liegen sollte. Der Übergang vom Hochvakuum zum Atmosphärendruck geschieht über mehrere Druckstufen.

Beim Aufprall der Elektronen auf das Werkstück setzen diese einen Großteil ihrer kinetischen Energie in Wärme um. Ferner entsteht Röntgenstrahlung, weshalb der Schweißraum abgeschirmt sein muß. Das Elektronenstrahlschweißen bietet eine etwa gleich große Leistungsflussdichte wie das Laserstrahlschweißen bei deutlich höherem Wirkungsgrad (Laser: 3-14 %, Elektronenstrahl: ca. 70 %).

Es sind hohe Schweißgeschwindigkeiten mit extrem tiefen und schmalen Nähten möglich. Durch die geringen Nahtbreiten kann der Verzug sehr klein gehalten werden. Beim Schweißen kleiner Schweißnähte kommt das Verfahren zum Einsatz, da der Elektronenstrahl durch angelegte elektrische Felder exakt abgelenkt werden kann. Das Spektrum möglicher Nahttiefen liegt zwischen 0,3 mm und 300 mm (Aluminium), bei Stahl 150 mm.

Die hohe Energiedichte erlaubt das Verschweißen aller, auch höchstschmelzender, Metalle sowie die Herstellung von Mischverbindungen durch das Verschweißen verschiedener Materialien, z. B. von Stahl und Bronze. Aufgrund der Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Vakuumtechnik und des Einsatzes ausgeklügelter Anlagensysteme sind Wartezeiten bis zur Herstellung des notwendigen Drucks (ca. 0,1 Pa) kaum mehr relevant. Vielmehr ist es durch die Abwesenheit schädigender Prozessgase möglich, auch hochreaktive Werkstoffe zu verschweißen. Beispielsweise ist Elektronenstrahlschweißen das einzige Verfahren zum (Tief-)Schweißen von Titan.

Elektronenstrahlschweißanlagen werden häufig in der Massenfertigung von Getriebebauteilen in der Automobilindustrie eingesetzt (vor allem Japan und Deutschland). Neben simplen, preisgünstigen Lohnaufträgen werden auch Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, den Schienenverkehr und die Nahrungsmittelindustrie elektronenstrahlgeschweißt.

Aluminothermisches Schweißen

Dieses Verfahren ist auch unter dem Namen Thermit-Schweißen bekannt und wird vor allem beim Verschweißen von Bahnschienen angewendet. In einem Tiegel, der unten ein Loch hat und auf der Verbindungsstelle steht, wird (z. B. mit Hilfe eines Magnesiumspanes) eine Mischung aus Eisenoxidpulver und Aluminiumpulver entzündet, woraus sich bei einer Temperatur von ca. 2450 °C flüssiges Eisen und darauf schwimmende Aluminiumoxid-Schlacke bilden (Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3).

Sprengschweißen

Mit Hilfe des Sprengschweißverfahrens ist es möglich, zwei nichtschweißbare Materialien dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Dabei werden die beiden Schweißflächen, unter Zuhilfenahme von Sprengstoff, mit mindestens 100 m/s² unter einem Winkel von 2° bis 30° aufeinanderzu beschleunigt. Die Kollisionsenergie bringt die Schweißpartner bis zur atomaren Ebene zusammen, so dass auch die Gitterkräfte (bei Metallen) wirken. Da die Schmelztemperatur nicht erreicht wird, können sich keine intermateriellen Phasen bilden. In der industriellen Anwendung werden meist zwei, auf konventionelle Weise nichtschweißbare Metallpartner so miteinander verbunden, z. B. Titan und Kupfer. Als Sprengstoffe kommen vorwiegend hochbrisante, plastische PETN-, RDX- und HDX-Sprengstoffe, wie z. B. Semtex (Fa. Explosia) oder Seismoplast (Fa. DYNAenergetics) mit Detonationsgeschwindigkeiten von >5000 m/s zum Einsatz. Durch den Aufprall der Schweißpartner entstehen an den Grenzflächen wellenartige Verwerfungen, die eine formschlüssige Verbindung herstellen.

Diffusionsschweißen

Das Diffusionsschweißen ist eine etwa 50 Jahre alte Schweißtechnik, um vorwiegend metallische Werkstücke miteinander zu verbinden. Die Qualität der Schweißverbindungen ist außerordentlich hoch und kann im Bereich des verwendeten Materials liegen.

Diffusionsschweißen geschieht bei hohem Druck (typische Größenordnung: Fließgrenze) und etwas unterhalb der Solidustemperatur. Aber auch unter Raumtemperatur können Metalle zu Diffusionsverschweißen neigen, sofern ihre Flächen außerordentlich eben und glatt ausgebildet sind. Endmaße beispielsweise können schon nach kurzer Zeit miteinander Kaltverschweißen, wenn sie angesprengt sind, also sehr nah beieinander liegen.

Bei dem vorwiegend in der Pulvermetallurgie eingesetzten Verfahren Heißisostatisches Pressen (HIP) werden die Werkstücke in einem Stahlblechkanister eingeschweißt und anschließend evakuiert oder offen in eine Druckkammer gelegt. Ein Schutzgas mit entsprechendem Druck und Temperatur presst die Bauteile zusammen. Die Kraft wirkt so von allen Seiten, also isostatisch.

Die zweite Variante wird auch als Uniaxial Diffusion Weld (UDW) bezeichnet. Hierbei wird eine einachsige Kraft meist mittels einer hydraulischen Presse senkrecht zur verbindenden Fläche ausgeübt. Die Presse verfügt entweder über einen Vakuumbehälter oder es wird ein zum HIP-Verfahren analoger Kanister benutzt.

Arbeitsschutz

Gefahren

Grundsätzlich gilt, dass Schweißen so gut wie immer mit starken Strömen bzw. explosiven Gasen, giftigen Abgasen, gefährlichem Licht und Wärmeentwicklung sowie Spritzern flüssigen Metalls verbunden ist.

Die Gefährdungen sind davon abhängig, welches Schweißverfahren angewendet wird. Besonders häufig treten diese Schadstoffe (ggf. enthalten diese krebserzeugende Bestandteile bei hochlegierten Zusatzwerkstoffen) beim Lichtbogenhandschweißen sowie bei den Schutzgasschweißverfahren MIG und MAG auf. Als gesundheitsschädlich gilt auch der Einsatz von chrom- und/oder nickelhaltiger Schweißzusatzwerkstoffen in Form von Chromaten und/oder Nickelverbindungen. Oft wird (trotz Absaugung) der Grenzwert für Mangan und seine Verbindungen überschritten. Eine akute Vergiftung durch Einatmen von Stäuben mit einem sehr hohen Mangangehalt kann zu entzündlichen Reaktionen in der Lunge führen. Diese Toxizität manifestiert sich als Bronchitis und kann sich zu einer fibrösen Lungenerkrankung entwickeln.

Maßnahmen

Eine entsprechend fachkundige Einweisung sollte daher selbstverständlich sein; im gewerblichen Bereich ist ein Ausbildungsnachweis (z. B. Facharbeiterbrief oder Lehrgangsprüfung einer Handwerkskammer) erforderlich.

Roboter beim SchutzgasschweißenBeim Autogenschweißen benötigt man Schutzgläser, damit keine glühenden Teile oder Funken in die Augen gelangen. Die Gläser sind eingefärbt, damit man blendfrei die Schweißumgebung beobachten kann.

Beim Lichtbogenschweißen entsteht Ultraviolettstrahlung, die die Haut, insbesondere jedoch die Augen schädigt. Weiterhin entsteht Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), die nicht nur auf ungeschützten Körperteilen Verbrennungen erzeugen, sondern auch die Netzhaut schädigen kann. Deshalb müssen Schutzgläser verwendet werden, die diese beiden Strahlungsarten abschirmen. Die Schutzklassen für derartige Gläser sind in der Europäischen Norm EN 169 festgelegt. So sind zum Autogenschweißen die Schutzklassen 2 bis 8, für offenes Lichtbogenschweißen dagegen die Klassen 9 bis 16 vorgesehen. Die Schutzgläser tragen eine Beschriftung, die die Eigenschaften des Glases charakterisiert. Die Angabe ist wie folgt: Schutzklasse Herstellerkürzel [opt. Klasse] 98 DIN-Norm. Der moderne Ersatz für Schutzgläser sind automatische Schweißerschutzfilter.

Da die UV-Strahlung auch die Haut schädigt, wird ein Schirm verwendet, der das ganze Gesicht abdeckt. Vor dem eigentlichen fast schwarzen Glas ist meist ein normales Glas, das die Funken abhält und billiger auszutauschen ist. Um beide Hände frei zu haben, kann der Schirm an einem Schutzhelm oder einer auf dem Kopf getragenen Vorrichtung klappbar angebracht werden. Zusätzlich ist spezielle schwer entflammbare Schweißerkleidung zu tragen, die alle Hautflächen sicher abdeckt. Viele Schweißverfahren sind sehr laut, ein angemessener Gehörschutz ist daher vonnöten.

Zentrale Schweißrauchabsaugung mit BGIA-Zertifizierung

selbstreinigender Schweißrauchfilter mit ePTFE-Filter

Beim Schweißen entstehen auch feinste Staubpartikel, die abgesaugt werden müssen, damit diese nicht in die Lunge des Schweißers gelangen und von dort in die Blutbahn diffundieren können. Zu diesem Zweck werden mobile oder stationäre Schweißrauchfilter eingesetzt, die diesen Feinstaub absaugen und filtern. Stand der heutigen Technik sind so genannte ePTFE-Filter ( Oberflächenfiltration). Wenn keine effektive Absaugung des Schweißrauchs sichergestellt werden kann, muss der Schweißer durch eine persönliche Schutzausrüstung in Form eines Gebläsefiltergerätes (PAPR) geschützt werden.

Beim Schweißen müssen auch die sich in der Umgebung befindlichen Personen vor der Strahlung und dem Lärm geschützt werden. Dazu gibt es extra Schweißlamellen- und Schweißervorhänge bzw. Schallschutztrennwandsysteme.

Beim Laserschweißen ist der Laserstrahl selbst eine zusätzliche Gefahrenquelle. Er ist in der Regel unsichtbar. Während Strahlung im Nahen Infrarot (Festkörperlaser, Faserlaser, Diodenlaser) in die Haut und das Auge eindringt und auch bei geringen Intensitäten (Streustrahlung) Netzhautschäden verursacht, wird die Strahlung des CO2-Lasers (Mittleres Infrarot) auf der Oberfläche (Haut und Hornhaut des Auges) absorbiert und verursacht oberflächliche Verbrennungen. Hautverbrennungen durch Laser im Nahen Infrarot sind u. a. auch deshalb gefährlich, da die Strahlung in tiefen Gebieten unter der Haut absorbiert wird, wo sich keine temperaturempfindlichen Nerven befinden. Laser-Schweißgeräte sind in der Regel sicher gehaust (verriegelte Schutztüren, Laserschutzfenster), sie fallen dann unter die Laserklasse I und können gefahrlos ohne Laser-Schutzbrille bedient werden.

Quelle: » Wikipedia «