Schweißen

Schweißen ist das Vereinigen (fügen) oder Beschichten von Werkstoffen in flüssigem oder plastischem Zustand unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, mit oder ohne der Verwendung von Zusatzwerkstoffen. Schweißen zählt dabei zu den unlösbaren, stoffschlüssigen Verbindungsarten.

Vorteile des Schweißens gegenüber anderen Fügeverfahren

• hohe Kraftübertragung bei geringen Nahtdicken
• günstiger Verlauf von Kraftlinien erreichbar
• Einsparung von Gewicht gegenüber anderen Verbindungsarten
• sehr gut für Reparaturarbeiten einsetzbar

Nachteile des Schweißens gegenüber anderen Fügeverfahren

• Wärmeverzug in der Umgebung der Naht
• Gefügeveränderung in der Schweißzone
• hochwertige Schweißnähte erfordern geübte und erfahrene Arbeiter
• Schweißnahtfehler sind nur mit hohem Aufwand (Röntgen oder Ultraschall) feststellbar

Einteilung der Schweißverfahren

Grundsätzlich wird beim Schweißen von Metallen in zwei unterschiedliche Verfahrensarten unterschieden:

• Schmelz-Verbindungsschweißen (Verbindung der Fügeteile kommt ohne Kraftaufwand zustande). Beim Schmelzschweißen werden meist gleichartige Metalle an den Verbindungsstellen geschmolzen und mit oder ohne die Zugabe von Zusatzwerkstoff vereinigt.
• Press-Verbindungsschweißen (Verbindung der Fügeteile kommt mit Kraftaufwand zustande). Beim Pressschweißen werden die Teile an der Verbindungsstelle im teigigen Zustand ohne Zusatzwerkstoffe durch Zusammenpressen miteinander verbunden.

Charakteristiken der einzelnen Schweißverfahren

Es gibt eine Unmenge, unterschiedlicher Schweißverfahren. Im Folgenden werden deshalb nur die für die Fertigung und den Werkstattalltag am gebräuchlichsten Schweißverfahren jeweils stichpunktartig kurz vorgestellt.

• Wolfram-Inert-Gas-Schweißen (WIG): Gleich- oder Wechselstrombetrieb, Lichtbogen zwischen nicht abbrennender Wolframelektrode und dem Werkstoff, Schutzgas: Helium oder Argon, geringe Abschmelzleistung, für dünne Bleche oder Aluminium geeignet.
• Plasmaschweißen: Der Plasmastrahl entsteht durch hocherhitztes, leitendes Gas, Schutzgas: Argon oder Wasserstoff, die starke Energiekonzentration führt zu hoher Schweißgeschwindigkeit, geringer Verzug, Einsatz auch in der Mikroschweißtechnik.
• Metall-Inert-Gas-Schweißen (MIG): Lichtbogen zwischen abschmelzender Drahtelektrode und Werkstück, hohe Abschmelzleistung, tiefer Einbrand, inertes Schutzgas: Argon oder Helium, wird für Aluminium und hochlegierte Stähle verwendet.
• Metall-Aktiv-Gas-Schweißen (MAG): Lichtbogen zwischen abschmelzender Drahtelektrode und Werkstück, hohe Abschmelzleistung, tiefer Einbrand, aktives Schutzgas: Argon mit CO2 oder O2, geringere Schweißgüte als MIG, Einsatz bei niedrig- und unlegierten Stählen
• Unter-Pulver-Schweißen: Lichtbogen zwischen abschmelzender Drahtelektrode und Werkstück, Abdeckung der Schweißstelle durch Pulver, das durch Schlackenbildung als Schutz der Schmelze dient.
• Elektronenstrahlschweißen: Ein Elektronenstrahl trifft in der Vakuumkammer auf das zu fügende Werkstück, keine Schweißzusätze, kein Schutz gegen Oxidation nötig (Vakuum), hohe Schweißleistungen, verzugsfrei, aber weil sehr teuer auf große Werkstücke beschränkt.
• Laserstrahlschweißen: Ein Rubin- oder CO2-Laser dient als Energiequelle. Einsatzbereiche vor allem in der Mikroschweißtechnik, Feinmechanik sowie immer, wenn mit besonders hoher Präzision geschweißt werden muss.
• Punktschweißen: Schweißen durch Strom in Verbindung mit Presskraft, Übertragung durch zwei Kupferelektroden, Einsatz vorwiegend im Karosserie- und Fahrzeugbau, keine Dichtnähte, Spaltkorrosion.
• Buckelschweißen: Verfahren ähnlich wie das Punktschweißen, zusätzlich aber wird am Werkstück ein „Buckel“ zur besseren Übertragung eingeprägt, Platten dienen als Elektroden, geringer Elektrodenverschleiß, durch Schweißroboter können viele Schweißpunkte auf einmal hergestellt werden.
• Rollennahtschweißen: Die Elektroden werden durch zwei sich drehende Kupferrollen geliefert, Schweißpunkte durch Stromimpulse, Dichtnähte bei hohem Impuls möglich, in der Regel noch schneller als Punktschweißen, deshalb große Bedeutung in der Industrie.
• Abbrennstumpfschweißen: Verbinden gleichförmiger, meist runder Querschnitte, Verschweißen der Teile durch wiederholtes Berühren und Trennen der unter Strom stehenden Werkstücke, dabei entstehen Lichtbögen, die das Gefüge auflösen. Anschließend werden die aufgeschmolzenen Enden mit Kraft zusammengepresst. Hohe Festigkeit, auch große Schweißflächen möglich.
• Lichtbogen-Bolzenschweißen (Varianten: Hub- oder Spitzenzündung): Ein Lichtbogen springt zwischen dem Werkstück und dem Bolzen in der Schweißpistole über, das Gefüge beginnt zu schmelzen, anschließend wird der Bolzen in das Werkstück gedrückt und fest verschweißt.
• Ultraschall-Schweißen: Schweißen mittels hochfrequenter, mechanischer Schwingungen (zwischen Amboss und Sonotrode), die die Oxidschichten der Werkstoffe zerstören, relativ geringe Wärmeentwicklung, dünne Schweißzone, immer als Verfahren des Punkt-, Stumpf- oder Rollenschweißens, nur das anstatt Strom und Kraft hier der Ultraschall zu einer Gefügeaufschmelzung und der anschließenden Verschweißung führt. Mittels des Ultraschallschweißens ist ein Verbinden unterschiedlichster Werkstoffe, wie z. B. Glas, Metall oder Kunststoffen, untereinander möglich.
• Reibschweißen: Eines der Werkstücke wird in schnelle Drehung versetzt und gegen das andere, stehende Teil gedrückt. Durch die Reibungswärme schmelzen beide Teile auf, bevor die Drehung gestoppt wird und beide Teile durch große Kraft zusammengedrückt und somit verschweißt werden. Auch mittels des Reibschweißens können unterschiedlichste Werkstoffe (z. B. Stahl mit Aluminium oder Stahl mit Kupfer) dauerhaft und belastungsresistent miteinander verbunden werden.