Schutzgasschweißen von Metallen
Schutzgasschweißen ist ein Verfahren im Schmelzschweißen, welches zum Lichtbogenschweißen zählt. Beim Schutzgasschweißen werden die zu verbindenden Bauteile durch die Wärmeenergie eines Lichtbogens an den Fugen aufgeschmolzen und beim Erstarren der Schmelze fest miteinander verbunden. Die Aufgabe des Schutzgases beim Schweißen ist es, die Schweißnaht vor der Umgebungsluft zu schützen und damit unerwünschte chemische Verbindungen und Reaktionen zu vermeiden.
Die zum Schmelzschweißen notwendige Wärme wird durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugt. Dieser brennt zwischen der Elektrode am Schweißgerät und dem leitfähigen Metall, welches geschweißt wird. Das Schutzgas wird direkt über den Brenner an die Schweißfuge zugeführt.
Man unterscheidet man Schutzgasschweißen verschiedene Methoden. So kann die Elektrode beim Schweißen abschmelzen und eine zusätzliche Verbindung mit den Werkstoffen eingehen. Dieses Verfahren kommt beim Metallschutzgasschweißen (MSG) mit seinen Varianten Metall-Inertgas-Schweißen (MIG) und Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG) zum Einsatz. Verfahren, bei denen die Elektrode beim Schweißen nicht abschmilzt, sind das Wolfram Inertgasschweißen sowie das Plasmaschweißen. Bei diesen Schweißverfahren werden Zusatzstoffe separat zugeführt und im Lichtbogen geschmolzen.
Metallschutzgasschweißen
Bei den Verfahren im Metallschutzgasschweißen wird der Schweißdraht motorgesteuert an die Schweißnaht geführt. Die Geschwindigkeit dabei ist regelbar. Zugleich wird das Schutzgas mit einem Volumen von 10 Liter / Minute zugeführt und schützt das geschmolzene Metall vor unerwünschter Oxidation, welche die Qualität der Schweißnaht negativ beeinträchtigen würde. Der Durchmesser des Schweißdrahtes, der aus dem gleichen Material wie die Werkstücke besteht, beträgt in der Regel 0,8 bis 1,2 Millimeter.
Metall-Inertgas-Schweißen (MIG)
Das Metall-Inertgas-Schweißen ist ein Verfahren zum Schweißen mit Schutzgas nach EN ISO 4063: Prozess 131. Dieses Verfahren kommt bevorzugt bei NE-Metallen zur Anwendung. Die Schutzgase sind meist Edelgase wie Argon oder Helium, die eine Oxidation der Schweißnaht verhindern.
Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG)
Das Metall-Aktivgas-Schweißen ist ein Verfahren zum Schweißen mit Schutzgas nach EN ISO 4063: Prozess 135. Hierbei werden reaktionsfähige Gase wie CO2 oder eine Mischung aus CO2 und O2 als Schutzgas zum Schweißen verwendet. MAG-Schweißen kommt bei Werkstücken aus Stahl zur Anwendung. Durch die Zusammensetzung des Schutzgases lässt sich das Schweißen aktiv beeinflussen. So sind der Einbrand, die Tropfengröße und die Spritzerverluste beim MAG-Schweißen von der Mischung des Schutzgases abhängig.
Lichtbogenarten beim Schweißen mit Schutzgas
Neben den Zusammensetzungen der Schutzgase können beim Schweißen mit Schutzgas auch die Lichtbögen variiert werden und somit Einfluss auf den Schweißprozess nehmen. Für dünne Bleche und Wandstärken wird der Kurzlichtbogen genutzt. Hier wechseln sich Lichtbogen und Kurzschluss ab. Dickere Werkstücke werden mit einem Sprühlichtbogen geschweißt. Bei diesem Verfahren wird der Zusatzwerkstoff kontinuierlich abgeschmolzen und die Schweißnaht durch Schutzgas zum Schweißen vor Oxidation geschützt. Hierdurch wird ein hoch fokussierter Lichtbogen mit hohem Druck erzeugt, der auch Werkstücke mit hoher Wandstärke zum Schmelzen bringt.
Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
Das Wolfram-Inertgasschweißen Verfahren nach EN ISO 4063: Prozess 141 wird im englischsprachigen Raum auch als TIG (Tungsten Inert Gas Welding) Schweißen mit Schutzgas bezeichnet. Die Elektrode aus Wolfram besitzt einen hohen Schmelzpunkt, durch den die Elektrode beim Schweißen nicht abschmilzt. Der Lichtbogen bringt die Werkstoffe zum Schmelzen, die Zufuhr von Zusatzwerkstoffen erfolgt manuell und ermöglicht somit eine besonders hohe Qualität der Schweißnaht. Als Schutzgas zum Schweißen kommen inerte Gase wie Argon oder Helium zum Einsatz.
Vollmechanisches Schutzgasschweißen
Zur Verbindung von Rohren und anderen runden Körpern kann das vollmechanische Schutzgasschweißen zum Einsatz kommen. Auch als Orbitalschweißen bezeichnet, wird in diesem Verfahren der Lichtbogen maschinengesteuert und -geführt kontinuierlich um das Werkstück geführt. Das orbitale Schweißen mit Schutzgas kann sowohl mit dem MIG, MAG als auch dem WIG Verfahren durchgeführt werden. Die Vorteile der Anwendung dieses Verfahrens liegen in der konstanten Qualität der Schweißnaht, wie sie im Pipelinebau sowie der chemischen und pharmazeutischen Industrie erforderlich ist.
Plasmaschweißen mit Schutzgas
Beim Plasma-Metall-Inertgasschweißen nach EN ISO 4063: Prozess 151 kommt ein Plasma als Wärmequelle zum Einsatz. Das Plasma ist dabei ein elektrisch leitendes Gas, welches durch den Lichtbogen hoch erhitzt wird. Als Schutzgas zum Schweißen kommen Gasgemische aus Argon und Wasserstoff oder Argon und Helium zum Einsatz. Das Plasmagas Argon wird dabei im Brenner durch hochfrequente Impulse ionisiert und durch einen Pilotlichtbogen gezündet.
Plasma-Schutzgasschweißen ermöglicht höhere Geschwindigkeiten beim Schweißen mit Schutzgas, als dies beim WIG-Schweißen möglich ist. Hierdurch werden die Belastungen der Werkstücke beim Schutzgasschweißen geringer, es entstehen weniger Spannungen und Verzug.
Der Plasmalichtbogen ist auch bei niedrigen Stromstärken stabil. Dies ermöglicht den Einsatz bei besonders dünnen Blechen von bis zu 0,1 Millimetern, die im Mikroplasmaschweißverfahren geschweißt werden können. Dieses Verfahren im Schutzgasschweißen kommt vorwiegend im Apparate- und Behälterbau sowie in der Raumfahrt zum Einsatz.
Schutzgasschweißen mit erhöhter Abschmelzleistung
Das Metallschutzgasschweißen kann in erhöhter Geschwindigkeit durchgeführt werden. Diese erhöhte Abschmelzleistung wird durch Mehrdrahtschweißen oder spezielle Kombinationen aus Schutzgasen, Fülldrähten und Schweißparameter erreicht.
Beim Mehrdrahtschweißen mit Schutzgas werden zwei Lichtbögen parallel erzeugt. Es wird unterschieden zwischen dem Doppeldrahtverfahren und dem Tandemverfahren. Das Tandemverfahren zum Schutzgasschweißen mit erhöhter Abschmelzleistung ist eine Weiterentwicklung des Doppeldrahtverfahrens. Hierbei können die zwei Lichtbögen unabhängig voneinander gesteuert und unterschiedliche Schmelzdrahtdurchmesser genutzt werden. Das Verfahren ermöglicht hohe Abschmelzleistungen von bis zu 25 Kilogramm je Stunde.
Der Einsatz spezieller Kombinationen aus Schutzgasen, Fülldrähten und Schweißparameter ermöglicht Abschmelzleistungen beim Schutzgasschweißen von bis zu 27 Kilogramm je Stunde. Diese Verfahren werden auch als T.I.M.E. (Transferred Ionized Molten Energy) Schweißverfahren bezeichnet.