Was ist Schweißen und welche Techniken werden dabei angewendet?

Dieser Artikel erklärt, was Schweißen ist, wie sich die drei gängigsten Lichtbogenschweißverfahren unterscheiden, welche Vor- und Nachteile eine Schweißverbindung hat und wie Stahl vor und nach dem Schweißen gereinigt wird.

Was ist Schweißen?

Schweißen ist ein Fügeverfahren, mit dem zwei Werkstoffe zu einem verbunden werden. Bei den gängigsten Schmelzschweißverfahren wird die Fügestelle erhitzt, bis ein kleiner Teil des Werkstoffs schmilzt und verschmilzt, meist unter Zugabe eines Zusatzwerkstoffs; andere Verfahren verbinden Werkstoffe durch Druck oder eine Kombination aus Wärme und Druck. Werden verträgliche Werkstoffe verschweißt, entsteht ein durchgehender Zusammenhang zwischen beiden Teilen. Geschweißt wird vor allem Stahl, das Verfahren wird aber auch bei Edelstahl, Aluminium und einigen Kunststoffen eingesetzt. Damit eine Schmelzschweißung gelingt, müssen die Werkstoffe schmelzbar und metallurgisch verträglich sein.

Welches sind die gängigsten Schweißverfahren?

Es gibt viele Schweißverfahren. Welches am besten geeignet ist, hängt vom Werkstoff, vom Einsatzort und vom Zweck des Bauteils ab. Um die Unterschiede zu erklären, betrachten wir die drei gängigsten Lichtbogenschweißverfahren genauer.

E-Hand-Schweißen (MMA / SMAW)

Das E-Hand-Schweißen ist auch als Lichtbogenhandschweißen (MMA), Shielded Metal Arc Welding (SMAW) oder Stabelektrodenschweißen bekannt. Es wird vor allem für Kohlenstoffstahl und Edelstahl verwendet und nur selten für Aluminium. Der Schweißer arbeitet mit einer Stromquelle und umhüllten Elektroden. Der Elektrodenkern schmilzt als Zusatzwerkstoff in die Fuge, während die Umhüllung schmilzt und Gas sowie Schlacke bildet, die das Schweißbad vor der Umgebungsluft schützen. Die Schlacke ist eine spröde Schicht, die nach Abschluss der Lage von der Schweißraupe abgeklopft und entfernt werden muss. Da die Elektrodenumhüllung selbst für den Schutz sorgt, ist kein separates Schutzgas erforderlich, weshalb sich das E-Hand-Schweißen gut für Arbeiten im Freien und auf der Baustelle eignet. Es ist zudem relativ kostengünstig und mobil und daher beliebt für Reparaturen, Instandhaltung und Arbeiten, bei denen das Aussehen der Naht weniger wichtig ist.

WIG-Schweißen (GTAW)

Ein weiteres häufig eingesetztes Verfahren ist das WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas), auch Wolfram-Lichtbogenschweißen genannt. Während das E-Hand-Schweißen relativ schnell und leicht zu erlernen ist, gilt das WIG-Schweißen allgemein als das anspruchsvollste Verfahren. Der Lichtbogen wird von einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode gebildet, und wenn Zusatzwerkstoff benötigt wird, wird er von Hand zugeführt: Eine Hand hält den Brenner, die andere führt den Schweißstab zu. Das macht das WIG-Schweißen langsamer und anspruchsvoller. Dafür liefert fachgerecht ausgeführtes WIG-Schweißen eine sehr saubere, präzise Naht. Wenn Detailarbeit gefragt ist und das Aussehen zählt, etwa bei Edelstahl und Aluminium, ist WIG oft das bevorzugte Verfahren. Da kein Flussmittel verwendet wird, entsteht beim WIG-Schweißen keine Schlacke und nur sehr wenig Spritzer.

MIG/MAG-Schweißen (GMAW)

Als am leichtesten erlernbar gilt allgemein das MIG/MAG-Schweißen. MIG- (Metall-Inertgas) und MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas) unterscheiden sich vor allem im verwendeten Schutzgas: ein Inertgas wie Argon oder ein aktives Gas bzw. Gemisch mit Kohlendioxid oder Sauerstoff. Das Verfahren nutzt eine Stromquelle mit Konstantspannung, die einen Lichtbogen zwischen einem kontinuierlich zugeführten Draht und dem Werkstück aufrechterhält. Der Draht ist zugleich Elektrode und Zusatzwerkstoff, wodurch das MIG/MAG-Schweißen erheblich schneller ist als die beiden anderen Verfahren. Es gehört daher zu den am weitesten verbreiteten Verfahren in Fertigung und Produktion. Die Schutzgasglocke wird leicht durch Wind gestört, sodass Arbeiten auf der Baustelle und im Freien eine Abschirmung erfordern; selbstschützende Fülldrähte sind windunempfindlicher. Je nach Werkstoffübergang und Gas kann MIG/MAG mehr Spritzer erzeugen als das WIG-Schweißen.

Welche Vor- und Nachteile hat das Schweißen?

Schweißen ist nicht die einzige Möglichkeit, zwei Werkstoffe zu verbinden. Auch eine Schraubverbindung ist zum Beispiel möglich. Dennoch hat eine Schweißverbindung gegenüber anderen Fügearten mehrere Vorteile.

Erstens ist eine fachgerecht ausgeführte Schweißverbindung sehr fest. Da zwischen beiden Teilen ein durchgehender Zusammenhang besteht, ist die Verbindung kaum zu erkennen, und das Ergebnis verhält sich wie ein massives Ganzes. Außerdem müssen keine Löcher gebohrt werden, wie es bei Schrauben und Muttern der Fall ist.

Schweißen hat aber auch Nachteile. Eine Schweißverbindung ist dauerhaft und lässt sich nicht demontieren. Das kann ein Vorteil sein, wird aber zum Nachteil, wenn Teile später getrennt werden müssen. Nicht jede Werkstoffkombination lässt sich ohne Weiteres schweißen: Gleichartige Metalle sind am einfachsten, und während sich viele Mischverbindungen, etwa Kohlenstoffstahl mit Edelstahl, mit dem richtigen Zusatzwerkstoff und Verfahren schweißen lassen, sind andere schwierig oder praktisch nicht schmelzschweißbar. Die Wärme verändert zudem das Metall neben der Naht, die Wärmeeinflusszone, und die oben beschriebenen Schweißverfahren hinterlassen Schlacke, Spritzer, Oxide und andere Rückstände, die nach dem Schweißen entfernt werden müssen. Die Elektrowerkzeuge von MontiPower® bieten eine Lösung für diese Reinigung.

Wie reinigt man Schweißnähte mit dem Bristle Blaster® und MBX®?

Der Bristle Blaster® und der MBX® von MontiPower® sind handgeführte Werkzeuge für Oberflächenvorbereitung und Reinigung. Sie entfernen Rost, Beschichtungen und Schmutz und werden auch zur Schweißnahtreinigung eingesetzt: zum Entfernen von Schlacke, Spritzerresten und Anlauffarben. Die rotierenden Borsten reinigen gründlich, ohne Grundwerkstoff abzuschleifen. Die beiden Werkzeuge haben unterschiedliche Aufgaben:

• Bristle Blaster® für Baustahl, Pipelines und Bleche. Er reinigt Schweißnähte und die Wärmeeinflusszone und erzeugt im selben Arbeitsgang ein Rauheitsprofil, sodass der Schweißbereich beschichtet werden kann. In dokumentierten Versuchen auf Standardstahl erzielt er eine mit ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 vergleichbare Reinheit und ein Profil von 65–85 µm Rz; die Ergebnisse variieren mit Stahlgüte, Rostgrad, Band und Arbeitstechnik.
• MBX® für Fahrzeugkarosserien und Dünnblech, wo er Rost, Lack und Dichtmassen entfernt und Schweißnähte ohne Hitze oder Verzug bearbeitet. Er ist nicht dafür vorgesehen, Baustahl auf einen Vorbereitungsgrad für Schutzbeschichtungen vorzubereiten. Wie Sie zwischen beiden wählen, lesen Sie unter MBX vs. Bristle Blaster.

Reinigung ist nicht nur nach dem Schweißen erforderlich. Vor Beginn des Schweißens sollten Walzzunder, Rost, Farbe, Öl und andere Verunreinigungen aus dem Nahtbereich entfernt werden, da sie Poren und andere Schweißfehler verursachen können. Verwenden Sie auf Edelstahl und Aluminium Edelstahlbänder, damit keine Partikel aus Kohlenstoffstahl in die Oberfläche eingebettet werden. So eingesetzt ermöglichen die Elektrowerkzeuge eine schnelle und wirksame Reinigung vor und nach dem Schweißen. Ausführlicheres zu Methoden und Normen lesen Sie unter Schweißnahtreinigung und Oberflächenvorbereitung nach dem Schweißen.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die drei wichtigsten Schweißverfahren?

Die drei gängigsten Lichtbogenschweißverfahren sind das Lichtbogenhandschweißen (E-Hand, MMA/SMAW) mit umhüllten Elektroden, das WIG-Schweißen (GTAW) mit einer Wolframelektrode und Inertgas sowie das MIG/MAG-Schweißen (GMAW), bei dem eine Drahtelektrode kontinuierlich durch einen gasgeschützten Brenner zugeführt wird. Sie unterscheiden sich in Geschwindigkeit, erforderlichem Können, Werkstoffen und der anschließend nötigen Reinigung.

Warum entsteht beim E-Hand-Schweißen Schlacke?

Die Elektrode beim E-Hand-Schweißen ist mit einer Umhüllung versehen. Beim Abschmelzen bildet die Umhüllung Gas und Schlacke, die das flüssige Schweißbad vor der Luft schützen. Die Schlacke erstarrt auf der Schweißraupe und muss nach jeder Lage abgeklopft und entfernt werden, insbesondere bevor eine weitere Lage oder eine Beschichtung aufgebracht wird.

Kann man im Freien MIG-schweißen?

Ja, aber das Schutzgas wird leicht vom Wind weggeblasen, was Poren verursacht. Auf der Baustelle muss der Arbeitsbereich gegen Zugluft abgeschirmt werden. Selbstschützende Fülldrähte sind windunempfindlicher, und das E-Hand-Schweißen, das kein separates Schutzgas benötigt, wird für Arbeiten im Freien oft bevorzugt.

Warum sollte Stahl vor und nach dem Schweißen gereinigt werden?

Vor dem Schweißen können Walzzunder, Rost, Farbe und Öl im Nahtbereich Poren und andere Schweißfehler verursachen. Nach dem Schweißen müssen Schlacke, Spritzer und Oxide entfernt werden, und Schweißnaht sowie Wärmeeinflusszone müssen vor dem Beschichten gereinigt und mit einem Rauheitsprofil versehen werden, da Schweißnähte ein häufiger Ausgangspunkt für Beschichtungsversagen und Korrosion sind.