Das Schutzgasschweißen

Das Schutzgasschweißen ist das Schweißverfahren, das insgesamt betrachtet die meiste Anwendung findet. Es besteht aus einer Elektrode, die von einem Schutzgas umströmt wird. Das gleiche Schutzgas umströmt auch das Schmelzbad. Damit wird eine stetige Wärmezufuhr gewährleistet und die Luft mit ihrem Sauerstoff ferngehalten.

Das Schutzgasschweißen lässt sich sowohl von Hand, als auch mechanisch ausführen. Gegenüber anderen Schweißmethoden, vor allem den Laserschweißen, ist es günstiger und zugleich flexibler.

Das Verfahren des Schutzgasschweißens erklärt

Ein elektrisch erzeugter Lichtbogen stellt die Hitze bereit, die zum Aufschmelzen der Werkstoffe benötigt wird. Schmilzt die Elektrode dabei ab, handelt es sich um das MIG oder MAG-Verfahren, je nachdem, ob inerte oder aktive Gase verwendet werden. Schmilzt die Elektrode dabei nicht ab, handelt es sich um das WIG oder Plasmaschweißen. Bei den beiden letzteren Verfahren muss dafür ein Zusatzstoff eingebracht werden.

Verwendet man eine abschmelzende Elektrode, wird diese über einen Motor nachgeführt, um die abschmelzende Spitze zu ersetzen. Die Geschwindigkeit, mit der der Draht nachgeführt wird, lässt sich einstellen. Er hat eine Stärke von 0,8 bis 1,2 Millimeter und besteht aus dem gleichen Material, wie die Werkstücke. Zur gleichen Zeit wird das Schutzgas automatisch über den Brenner eingeströmt. Das erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 10 Litern in der Minute.

Auswahl des Verfahrens – MAG oder MIG

Die Auswahl des Verfahrens, ob MAG oder MIG, richtet sich nach dem Werkstoff.

• Handelt es sich um Stahl, werden aktive Schutzgase verwendet und damit das MAG genutzt.
• Handelt es sich um Aluminium und andere Nichteisenmetalle, muss das MIG verwendet werden.

Neben den Schutzgasen und damit dem genauen Verfahren kann auch der Lichtbogen variieren. Bei dünnen Blechen arbeitet man mit einem Kurzlichtbogen. Dabei kommt es zu einem ständigen Wechsel zwischen dem Lichtbogen und dem Kurzschluss. Verschweißt man dagegen dickere Werkstücke, setzt man einen Sprühlichtbogen ein. Zusammen mit dem Schutzgas wird der Lichtbogen hoch fokussiert und unter hohem Druck auf das Werkstück gerichtet. Damit lassen sich auch dickere Wände schnell abschmelzen.

WIG – Verfahren

Beim WIG schmilzt die Elektrode nicht während des Schweißens ab. Daher muss der Zusatzwerkstoff extra zugeführt werden. Die dabei verwendeten Schutzgase sind inert. Das Verfahren wird vor allem bei Nichteisenmetallen und darüber hinaus bei Edelstahl eingesetzt. Das WIG-Verfahren erleichtert aber auch das Schweißen von Stahl, wobei das inerte Gas eine sehr hohe Qualität der Schweißnaht ermöglicht, bei der die Bildung von Einschlüssen und Poren vermieden wird.

Für das WIG-Verfahren ist es wichtig, dass die Elektrode mit dem Schutzgas geschützt wird. Ohne dieses kommt sie mit Sauerstoff in Berührung, was den Lichtbogen instabil macht und die Elektrode ausfranst. Es kommt also für das Schutzgas nicht auf den verwendeten Werkstoff an, sondern auf die Arbeit mit inerten Gasen.

Um die Abschmelzleistung zu erhöhen, können mehrere Maßnahmen ergriffen werden. Eine Variante ist, mit zwei Drähten zu arbeiten. Das wird als das Doppeldrahtverfahren bezeichnet, aus dem sich in der Folge das Tandemverfahren entwickelt hat. Dabei lassen sich zwei Drähte nutzen, die unabhängig voneinander auch mit unterschiedlichen Stärken einen Lichtbogen entwickeln, die jeweils einzeln steuerbar sind. Damit lassen sich bis zu 25 kg pro Stunde abschmelzen.

Mit einer besonderen Kombination aus Fülldrähten, Schutzgasen und Parametern für das Arbeiten kann man diese Leistung auf 27 kg pro Stunde erhöhen. Dies ist als das T.I.M.E.-Verfahren, das „Transferred Ionized Molten Energy“-Verfahren, bekannt.

Eine weitere Variante ist eine Drahtelektrode, die sich ständig vor und zurück bewegt. Das erlaubt es, mit weniger Wärmeeinbringung zu arbeiten. Darüber hinaus gibt es Verfahren, bei denen auch eine Kombination mit Lasern stattfindet, die den Schweißprozess beschleunigen.

Das Schutzgasschweißen in der Anwendung

Das Schutzgasschweißen in der Anwendung beginnt mit der gründlichen Vorbereitung der entsprechenden Geräte.

Gerätevorbereitung

Dafür sollte das Schlauchpaket mit allen Verbindungen und dem Schweißdraht überprüft und verbunden werden. Je nach dem genauen Verfahren muss auch die Polung entsprechend an der Schweißstelle angeschlossen werden. Die Spule muss in den Inverter eingesetzt und die Verzögerungszeit ausgewählt werden.

• Als nächstes muss der Draht in den Drahtvorschub eingelegt werden. Danach ist einzustellen, wie schnell mehr Draht nachgeführt werden soll.
• Jetzt muss an die Sicherheit gedacht werden. Bei jedem Elektroschweißverfahren kommt es zur Bildung von Hitze, zu Wärmestrahlung und zu Materialspritzern. Daher sollte man die Augen schützen und unbedingt Handschuhe und langärmlige Kleidung tragen, die ebenfalls einen ausreichenden Schutz bietet.

Vorbereitung der Schweißstellen

Die Schweißstellen sind vorzubereiten. Hier müssen Farben, Rost und andere Verunreinigungen entfernt werden, damit sie später keinen negativen Einfluss auf die Schweißnaht ausüben können. Auch müssen die Teile so zugeschnitten werden, dass sie zueinander passen. Dafür müssen sie vor dem eigentlichen Schweißen zusammengelegt werden und es ist zu überprüfen, dass sie wirklich passen und die richtige Ausrichtung aufweisen.

Einsetzen des Schweißdrahtes

Hierfür muss zunächst der Schweißdraht in der Pistole justiert werden. Dafür sollte er eine Düsenbreite überstehen. Er kann leicht mit einer Düsenzange eingestellt werden. Als Hilfsmittel für das Schweißen verwendet man ein Winkelmagnet. Dieser erlaubt das Anlegen des richtigen Winkels und die Spitze ist ausgespart, um nicht durch das Schweißen beeinträchtigt zu werden. Auch ist der Winkelmagnet, wie es der Name schon sagt, magnetisch. Damit haftet er während der Arbeiten an den Werkstücken, so dass diese im richtigen Winkel gehalten werden können.

Für den Einsatz gilt, dass der Draht von der Gasmischung des Materials das verschweißt werden soll, und seiner Dicke abhängt. Abhängig davon entscheidet sich auch, wie dick der Draht selbst ausfallen muss.

Schutzglas-Menge

Die Menge des Schutzgases pro Minute, die eingeströmt wird, sollte in etwa dem Zehnfachen des Durchmessers des genutzten Schweißdrahtes in Millimetern entsprechen. Bei einem Draht mit 0,8 Millimetern Durchmesser, benötigt man also 8 Liter Schutzgas pro Minute.

Man kann als Gasquelle Einmal-Gasflaschen oder Leihflaschen verwenden. Einmal-Gasflaschen sind aufgrund ihrer einfachen Konstruktion günstiger. Leihflaschen dagegen müssen nicht nur eine mehrfache Befüllung überstehen, was sie bereits kostenintensiver macht, sie müssen auch dem TÜV entsprechen. Bei einer häufigen Nutzung rechnet sich dies aber gegenüber den Einmal-Flaschen.

Um die Arbeit auch in hitzeempfindlichen, aber auch in anderen Umgebungen zu ermöglichen, lohnt sich eine kleine Schweißkabine. Diese kommt mit einem Metallgitter, das als Arbeitsgrundlage dient. Die Schweißkabine erleichtert das Arbeiten gegenüber einem umständlichen Verbinden der Werkstücke mit einer elektrischen Masse um ein Vielfaches.

Was beim Schutzgasschweißverfahren zu beachten ist

Das Schutzgasschweißen ist aus mehreren Gründen das am weitesten verbreitete Schweißverfahren. Durch die hohe Anwendungssicherheit lässt es sich auch oft zuhause anwenden, sei es für Reparaturen, Installationen oder für das eigene Hobby.

Als ein Verfahren ist das Schutzgasschweißen erprobt und bewährt. Das heißt, man kann es theoretisch problemlos anwenden. Praktisch ist es aber noch immer eine Technik, bei der viel schiefgehen kann. Während es leicht zu erlernen ist, drohen bei einer falschen Anwendung Gefahren für die Gesundheit. Auch wird dann ein perfektes Schweißergebnis unmöglich. Um also die eigene Gesundheit zu schonen und eine gute, hochwertige Naht zu erhalten, sollten man ein paar Dinge beachten.

1. Die Umweltbedingungen in die Planung mit einbeziehen

Jedes erfolgreiche Schweißen beginnt mit einer guten Planung. Diese Planung muss auch die Umweltbedingungen in Betracht ziehen. Dazu gehört, dass die Grenzwerte, die für die verwendeten Schweißgeräte gelten, eingehalten werden. Die Grenzwerte schreiben Werte für die Luftfeuchtigkeit, den Luftdruck und die Temperaturen vor. Die Hersteller der Geräte haben nicht ohne Grund bestimmte Grenzwerte für ihre Technik festgelegt, so dass sie auf jeden Fall in die Arbeitsplanung mit einzubeziehen sind.

Ist die Luftfeuchtigkeit zu hoch, ist es möglich, dass sich durch Kondensation Wasser im Schweißgerät ansammelt. Damit können sich Kriechströme bilden, die zum Ausfall des Gerätes führen können.

Ist der Luftdruck durch eine Höhenlage zu gering, dann beeinträchtigt die ungenügende Luftzufuhr die Kühlung. Auch das kann zu sehr bösen Überraschungen führen. Temperaturen, die zu hoch oder zu niedrig sind, können bei den elektronischen Bauteilen des Schweißgerätes Ausfälle verursachen.

2. Die Schutzgasmenge richtig einstellen

Für die verwendete Menge des Schutzgases gibt es ebenfalls Vorgaben, die eingehalten werden müssen. Zu viel Gasschutz kann zu Verwirbelungen führen, die dann Luft in das Schmelzbad einzieht. Umgedreht ist der Schutz nicht ausreichend, wenn die Menge des Schutzgases zu gering ist. Dann bilden sich Poren in der Naht. Diese erfordern dann eigene Nacharbeiten, um sie zu entfernen.

Für die Menge des Schutzgases gibt es mehrere Faustregeln. Zwei wurden hier schon erwähnt. Um noch genauer zu sein, gibt es hier eine weitere:

• Für das MAG-Schweißverfahren mit einem Kurzlichtbogen und einer Elektrode mit 0,8 mm Durchmesser werden 10 Liter pro Minute benötigt. Hat der Draht einen Durchmesser von 1,0 oder 1,2 mm, dann werden schon 12 Liter pro Minute gebraucht.
• Für das MAG-Verfahren mit einen Sprühlichtbogen werden für Drahtelektroden mit einem Durchmesser von 1,0 oder 1,2 mm eine Gasdurchsatzmenge von 15 Litern die Minute benötigt. Liegt der Durchmesser des Drahtes bei 1,6 mm sind es schon 20 Liter pro Minute.
• Wird das MIG-Verfahren auf das Aluminium Schweißen angewendet und hat die Drahtelektrode einen Durchmesser von 1,0 mm, dann müssen 15 Liter Schutzgas die Minute zugeführt werden. Liegt der Durchmesser bei 1,6 mm, dann sind 25 Liter pro Minute nötig.
• Für das WIG-Verfahren werden bei 100 Ampere 6 Liter die Minute und bei 300 Ampere 10 Liter die Minute benötigt.

Enthält das Schutzgas Helium, dann ist die angezeigte Durchflussmenge zu niedrig, wenn der Durchflussmesser auf Argon oder ein Gemisch aus Argon und Kohlendioxid geeicht ist. Der Unterschied in der angezeigten Menge zur wirklichen Menge hängt von dem Anteil des Heliums ab. Liegt dieser bei 30%, dann wird ein Minus von 28 % angezeigt.

3. Die Zuleitungen spülen

Bei längerem Nichtgebrauch, kann sich Kondenswasser in den Zuleitungen bildet. Wird dann Schutzgas hindurchgeleitet, nimmt es die Feuchtigkeit auf, wodurch sich in der Schweißnaht Poren bilden können. Das ist gerade beim Schweißen von Aluminium ganz leicht der Fall. Daher muss bei einer Wiederinbetriebnahme nach einem längeren Nichtgebrauch eine ausreichende Vorströmzeit eingehalten werden, damit die Feuchtigkeit ausgeblasen wird. Die Vorspülzeit kann bei einigen Schweißgeräten auch direkt eingestellt werden.

4. Die Gasdüse muss sauber sein

Bei den Schweißarbeiten geschieht es immer wieder, dass sich Spritzer an der Gasdüse festsetzen. Werden diese nicht beseitigt, dann verhindert dies, dass das Schmelzbad ausreichend mit dem Schutzgas abgedeckt wird.

Schon ein kleiner Ansatz von Spritzern kann dazu führen, dass Wirbel gebildet werden, die dann in der Schweißnaht Poren verursachen. Sammeln sich die Spritzer im hinteren Teil der Düse an, können sie die Austrittsöffnung blockieren. Dabei droht im schlimmsten Fall ein Stromübergang. Daher sollte in jeder Schweißpause eine Reinigung der Düse durchgeführt werden.

Eine Vorsorgemaßnahme ist es, die Düse für das Schweißgerät mit Schutzgas regelmäßig mit einem Trennmittel einzusprühen. Damit werden Nähte erstellt, die von Anfang an eine gute Qualität aufweisen, so dass aufwendige Nacharbeiten entfallen können.

5. Kein Luftzug

Das Schutzgas muss beim Schweißen die Elektrode und das Schmelzbad richtig umgeben, um einen Schutz vor der Luft und einen stabilen Lichtbogen zu ermöglichen. Schon ein geringer Luftzug von nur einem Meter pro Sekunde kann diesen Schleier aus Schutzgas wegwehen. Das geschieht leicht bei offenen Türen, Fenstern, einen Lüfter oder einem Heizgebläse. Ohne den Schleier aus Schutzgas bilden sich in der Naht Poren, die eine Nachbearbeitung benötigen.

Kann der Luftzug nicht abgestellt werden, muss versucht werden, die Schweißstelle abzuschirmen. Dafür können Schutzblenden oder sogar Zelte genutzt werden. Alternativ ist es möglich, die Zuflussmenge des Schutzgases zu erhöhen, doch das ist wirtschaftlich nicht effizient und garantiert auch keinen Erfolg.

6. Schutzkleidung Schweißen

Das Schweißen birgt Risiken, denen mit Schutzkleidung begegnet wird. Wer ohne die entsprechenden Handschuhe und langärmeliger Kleidung, zum Beispiel eine Schweißerjacke, arbeiten möchte, riskiert Schäden an der Gesundheit. Diese reichen von Strahlung über Spritzer, die zu Verbrennungen führen, bis hin zu Stromschlägen.

Die typischen Handschuhe für das Schweißen sind recht klobig. Es gibt aber auch andere Handschuhe, die eine Nutzung aller 5 Finger zulassen. Darüber hinaus schützen isolierte Schuhe vor einem Stromschlag.

7. Chlorierte Wasserstoffe vermeiden

Chlorierte Kohlenwasserstoffe verwendet man oftmals in automatischen Anlagen, um damit Metallteile zu entfetten. Beim Schweißen enthält das Licht aber auch einen erheblichen UV-Anteil. Dieser zersetzt die chlorierten Kohlenwasserstoffe und daraus kann Phosgen entstehen. Das ist ein hochgiftiges Gas, dessen Einatmen zu schweren Schäden der Gesundheit bis hin zum Tode führen kann.

Wann immer Schweißarbeiten vorgenommen werden, müssen chlorierte Wasserstoffe aus diesen entfernt werden. Auch dürfen sich gerade in den Spalten und den Hohlräumen der Werkstücke keine Reste einer zuvor vorgenommen Reinigung vorhanden sein.

7. Lüftung

Werden Schweißarbeiten in Kellern, Schächten, Stollen oder Tanks vorgenommen, gibt es hier eigene Gefahren zu beachten. Das Schweißen führt zur Gasbildung, die die Gesundheit des Schweißers schaden können. Darüber hinaus kann je nach verwendetem Schutzgas eine Anreicherung mit Sauerstoff stattfinden. Dies führt zu einer hohen Entflammbarkeit selbst bei Stoffen, die normalerweise unbrennbar sind, wie zum Beispiel Metall.

Umgekehrt ist es auch möglich, dass sich ein Sauerstoffmangel bildet. Das kann die Wachsamkeit und das Denkvermögen des Schweißers beeinträchtigen, was an sich schon eine Gefahr darstellt. Im schlimmsten Fall kann dies auch zum Tode durch Ersticken führen.

Das heißt, dass in Räumen mit einem begrenzten Potential zum Luftaustausch eine Absaugung bzw. eine technische Lüftung eingesetzt werden muss. Benutzt man Schweißgeräte für eine längere Zeit nicht, müsste man diese aus solchen Räumen entfernen.

8. Die Unterraupe beachten

Das Schutzgas schützt die Elektrode, den Lichtbogen und das Schmelzbad. Das erfolgt alles auf der Seite, auf der die Arbeiten stattfinden. Zugleich muss aber auch die Unterraupe, also die andere Seite, vor dem Eintritt schädlicher Luft bewahrt werden.

Das Problem tritt vor allem beim Schweißen von Rohren oder kleinen Behältern auf. Das ist vor allem dann der Fall, wenn Chrom-Nickel und Rohrstahl im WIG-Verfahren geschweißt werden.

Die Unterraupe kann mit verschiedenen Methoden geschützt werden. So könnte man die Hohlräume mit dem Schutzgas oder einem Formiergas ausspülen. Bei längeren Rohrleitungen lassen sich Absperrballons einsetzen. Für kleinere Röhre eignet sich das Durchströmen mit dem Schutzgas.

Abzweigungen in den Rohrleitungen können mit Endkappen versehen werden, die ihrerseits über kleine Löcher verfügen. Diese Löcher sorgen dafür, dass das Wurzelschutzgas, das einen leichten Überdruck erzeugt, entweichen können. Auch können darüber Schutzgase abgefackelt werden, die Wasserstoff enthalten.

9. Die Möglichkeiten des Schweißgerätes voll ausnutzen

Schweißgeräte kommen mit Einstellmöglichkeiten. Für den MIG-Schweißer sind dies die Regelungen für die Balance und die Frequenzverschiebung. Bei der Balance-Regelung können ein flacherer Einbrand, eine bessere Aufrisswirkung gegenüber der Oxidschicht oder ein tieferer Einbrand bei schmalen Nähten erreicht werden. Die Frequenzeinstellung dagegen ermöglicht das Arbeiten mit einem steiferen Lichtbogen.

10. Altes und neues Wissen

Auch alte Hasen sollten mit Hilfe von Fachbüchern ihr theoretisches Wissen auf den neuesten Stand halten. So kann gegen das Vergessen gearbeitet werden. Mit dem Vergessen werden über die Zeit hier und da kleine Regeln hier und da übersehen, wodurch sich falsche Arbeitsmethoden einschleichen können. Daher sollte das Wissen immer aufgefrischt und auch regelmäßig neue Erkenntnisse und Entwicklungen in Erfahrung gebracht werden.