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 dem Laserschweißen, ist es günstiger und zugleich flexibler.
Wie funktioniert Schutzgasschweißen?
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 – 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 Doppeldrahtverfahren, aus dem sich das Tandemverfahren entwickelt hat. Dabei lassen sich zwei Drähte nutzen, die unabhängig voneinander auch mit unterschiedlichen Stärken einen Lichtbogen entwickeln und jeweils einzeln steuerbar sind. Damit lassen sich bis zu 25 kg pro Stunde abschmelzen. Mit einer besonderen Kombination aus Fülldrähten, Schutzgasen und Parametern kann man diese Leistung auf 27 kg pro Stunde erhöhen – bekannt als das T.I.M.E.-Verfahren (Transferred Ionized Molten Energy).
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.
Wie erfolgt das Schutzgasschweißen in der Anwendung?
Das Schutzgasschweißen in der Anwendung beginnt mit der gründlichen Vorbereitung der entsprechenden Geräte.
Gerätevorbereitung
Das Schlauchpaket mit allen Verbindungen und dem Schweißdraht sollte 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, und die Nachführgeschwindigkeit ist einzustellen.
Bei jedem Elektroschweißverfahren kommt es zur Bildung von Hitze, Wärmestrahlung und Materialspritzern. Daher sind Augenschutz, Handschuhe und langärmlige Schutzkleidung unbedingt zu tragen.
Vorbereitung der Schweißstellen
Die Schweißstellen sind vorzubereiten: Farben, Rost und andere Verunreinigungen müssen entfernt werden, damit sie später keinen negativen Einfluss auf die Schweißnaht ausüben. Auch müssen die Teile so zugeschnitten werden, dass sie zueinander passen. Vor dem eigentlichen Schweißen werden sie zusammengelegt und auf richtige Ausrichtung überprüft.
Einsetzen des Schweißdrahtes
Der Schweißdraht wird in der Pistole justiert – er sollte eine Düsenbreite überstehen und kann leicht mit einer Düsenzange eingestellt werden. Als Hilfsmittel dient ein Winkelmagnet, der das Anlegen des richtigen Winkels erlaubt und magnetisch an den Werkstücken haftet. Die Wahl des Drahtes richtet sich nach der Gasmischung des zu verschweißenden Materials und dessen Dicke.
Schutzgasmenge
Die Menge des Schutzgases pro Minute sollte in etwa dem Zehnfachen des Durchmessers des genutzten Schweißdrahtes in Millimetern entsprechen. Bei einem Draht mit 0,8 mm Durchmesser benötigt man also 8 Liter Schutzgas pro Minute. Als Gasquelle können Einmal-Gasflaschen oder Leihflaschen verwendet werden. Bei häufiger Nutzung rechnen sich Leihflaschen trotz höherer Investitionskosten gegenüber Einmalflaschen.
Was ist beim Schutzgasschweißverfahren zu beachten?
Das Schutzgasschweißen ist aus mehreren Gründen das am weitesten verbreitete Schweißverfahren. Durch die hohe Anwendungssicherheit lässt es sich auch oft im Hobbybereich und für Reparaturen nutzen. Praktisch ist es aber noch immer eine Technik, bei der viel schiefgehen kann. Um die eigene Gesundheit zu schonen und eine hochwertige Naht zu erhalten, sollten folgende Punkte beachtet werden.
1. Die Umweltbedingungen in die Planung mit einbeziehen
Jedes erfolgreiche Schweißen beginnt mit einer guten Planung, die auch die Umweltbedingungen berücksichtigt. Dazu gehören die Grenzwerte für Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Temperaturen der verwendeten Schweißgeräte. Ist die Luftfeuchtigkeit zu hoch, kann sich durch Kondensation Wasser im Schweißgerät ansammeln und Kriechströme verursachen. Ist der Luftdruck durch eine Höhenlage zu gering, beeinträchtigt dies die Kühlung. Temperaturen, die zu hoch oder zu niedrig sind, können bei den elektronischen Bauteilen Ausfälle verursachen.
2. Die Schutzgasmenge richtig einstellen
Zu viel Gas kann zu Verwirbelungen führen, die Luft in das Schmelzbad einziehen. Zu wenig Gas bietet keinen ausreichenden Schutz – es bilden sich Poren in der Naht. Die wichtigsten Faustregeln:
- MAG-Schweißen, Kurzlichtbogen, 0,8 mm Draht: 10 Liter/Minute; bei 1,0–1,2 mm Draht: 12 Liter/Minute
- MAG-Schweißen, Sprühlichtbogen, 1,0–1,2 mm Draht: 15 Liter/Minute; bei 1,6 mm Draht: 20 Liter/Minute
- MIG-Schweißen (Aluminium), 1,0 mm Draht: 15 Liter/Minute; bei 1,6 mm Draht: 25 Liter/Minute
- WIG-Schweißen: bei 100 A: 6 Liter/Minute; bei 300 A: 10 Liter/Minute
Enthält das Schutzgas Helium, zeigt ein auf Argon geeichter Durchflussmesser eine zu niedrige Menge an. Bei einem Heliumanteil von 30 % wird ein Minus von 28 % angezeigt.
3. Die Zuleitungen spülen
Bei längerem Nichtgebrauch kann sich Kondenswasser in den Zuleitungen bilden. Wird dann Schutzgas hindurchgeleitet, nimmt es die Feuchtigkeit auf – in der Schweißnaht entstehen Poren. Besonders beim Aluminiumschweißen ist das leicht der Fall. Bei einer Wiederinbetriebnahme nach längerem Nichtgebrauch muss daher eine ausreichende Vorströmzeit eingehalten werden.
4. Die Gasdüse muss sauber sein
Spritzer setzen sich an der Gasdüse fest und verhindern, dass das Schmelzbad ausreichend mit Schutzgas abgedeckt wird. Schon ein kleiner Ansatz kann Wirbel erzeugen, die Poren in der Schweißnaht verursachen. Bei Ansammlungen im hinteren Teil der Düse droht im schlimmsten Fall ein Stromübergang. In jeder Schweißpause sollte die Düse gereinigt werden. Ein regelmäßiges Einsprühen mit Trennmittel beugt Anlagerungen vor.
5. Kein Luftzug
Schon ein Luftzug von nur einem Meter pro Sekunde kann den Schutzgasschleier wegwehen – durch offene Türen, Fenster, Lüfter oder Heizgebläse. Ohne den Schleier bilden sich Poren in der Naht. Kann der Luftzug nicht abgestellt werden, muss die Schweißstelle mit Schutzblenden oder Zelten abgeschirmt werden.
6. Schutzkleidung beim Schweißen
Das Schweißen birgt Risiken durch Strahlung, Spritzer und Stromschläge. Handschuhe, langärmlige Schutzkleidung (z. B. Schweißerjacke) und isolierte Schuhe sind unerlässlich. Es gibt Schweißhandschuhe, die alle 5 Finger nutzen lassen, ohne auf den nötigen Schutz zu verzichten.
7. Chlorierte Kohlenwasserstoffe vermeiden
Chlorierte Kohlenwasserstoffe werden zum Entfetten von Metallteilen verwendet. Der UV-Anteil des Lichtbogens kann diese zersetzen und Phosgen entstehen lassen – ein hochgiftiges Gas, das zu schweren Gesundheitsschäden bis hin zum Tode führen kann. Vor Schweißarbeiten müssen alle chlorierten Kohlenwasserstoffe vollständig entfernt werden – auch Reste in Spalten und Hohlräumen.
8. Lüftung in geschlossenen Räumen
In Kellern, Schächten, Stollen oder Tanks entstehen beim Schweißen Gase, die die Gesundheit schädigen können. Je nach Schutzgas kann es zu einer Sauerstoffanreicherung (hohe Entflammbarkeit) oder einem Sauerstoffmangel (Denkbeeinträchtigung bis Erstickungsgefahr) kommen. In Räumen mit begrenztem Luftaustausch ist eine Absaugung bzw. technische Lüftung zwingend erforderlich.
9. Die Unterraupe schützen
Das Schutzgas schützt die Arbeitsseite. Doch auch die Unterraupe – die andere Seite – muss vor dem Eintritt schädlicher Luft bewahrt werden. Das Problem tritt vor allem beim Schweißen von Rohren oder kleinen Behältern auf, insbesondere bei Chrom-Nickel- und Rohrstahl im WIG-Verfahren. Die Hohlräume lassen sich mit Schutzgas oder Formiergas ausspülen. Bei längeren Rohrleitungen sind Absperrballons geeignet; Abzweigungen können mit Endkappen mit kleinen Löchern versehen werden.
10. Die Möglichkeiten des Schweißgerätes voll ausnutzen
Schweißgeräte bieten Einstellmöglichkeiten, die gezielt genutzt werden sollten. Für den MIG-Schweißer sind dies Balance- und Frequenzregelungen: Die Balance-Regelung erlaubt einen flacheren oder tieferen Einbrand sowie eine bessere Aufrisswirkung gegenüber der Oxidschicht. Die Frequenzeinstellung ermöglicht das Arbeiten mit einem steiferen Lichtbogen. Auch alte Hasen sollten ihr theoretisches Wissen regelmäßig mit Fachbüchern auffrischen, um das Einschleichen falscher Arbeitsmethoden zu vermeiden.
Mehr zum Thema Schweißen
FAQ: Häufig gestellte Fragen zum Schutzgasschweißen
Der Unterschied liegt im verwendeten Schutzgas und damit im Einsatzbereich. Beim MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas) werden aktive Schutzgase verwendet – es eignet sich für Stahl. Beim MIG-Schweißen (Metall-Inertgas) werden inerte Schutzgase eingesetzt – es wird für Aluminium und andere Nichteisenmetalle verwendet. Beide sind abschmelzende Elektrodenverfahren und zählen zum Schutzgasschweißen.
Beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas) schmilzt die Elektrode nicht ab – sie besteht aus Wolfram und bleibt während des Schweißens erhalten. Der Zusatzwerkstoff muss separat zugeführt werden. Das Verfahren wird vor allem bei Nichteisenmetallen, Edelstahl und hochwertigem Stahl eingesetzt und liefert besonders hochwertige, porenfreie Schweißnähte. Die Inertgase schützen die Elektrode vor Oxidation.
Als Faustregel gilt: Die Gasmenge in Litern pro Minute entspricht etwa dem Zehnfachen des Drahtdurchmessers in Millimetern. Also: 0,8 mm Draht → 8 l/min. Für MAG-Sprühlichtbogen mit 1,6 mm Draht werden 20 l/min benötigt; für MIG-Aluminiumschweißen mit 1,6 mm Draht sogar 25 l/min. Beim WIG-Verfahren: 6 l/min bei 100 A, 10 l/min bei 300 A.
Poren entstehen hauptsächlich durch unzureichenden Schutzgasschutz – sei es durch zu geringe Gasmenge, Luftzug, Kondenswasser in den Zuleitungen oder verschmutzte Gasdüsen. Vorbeugung: Zuleitungen vor Gebrauch spülen, Gasdüse regelmäßig reinigen und mit Trennmittel einsprühen, Luftzug durch Abschirmungen verhindern und die richtige Gasmenge für das gewählte Verfahren einstellen.
Zu den Hauptgefahren zählen: Strahlung (UV und IR), Metallspritzer und Verbrennungen, Stromschläge, giftige Schweißgase (insbesondere Phosgen bei chlorierten Kohlenwasserstoffen), Sauerstoffmangel oder -anreicherung in schlecht belüfteten Räumen sowie Brandgefahr. Schutzmaßnahmen: Schweißerschutzmaske, Handschuhe, Schutzjacke, isolierte Schuhe, Absaugung und technische Lüftung bei geschlossenen Räumen.
Das T.I.M.E.-Verfahren (Transferred Ionized Molten Energy) ist eine Weiterentwicklung des Tandemschweißens. Mit einer besonderen Kombination aus Fülldrähten, Schutzgasen und optimierten Schweißparametern lässt sich eine Abschmelzleistung von bis zu 27 kg pro Stunde erreichen – gegenüber 25 kg/h beim Standard-Tandemverfahren. Es eignet sich besonders für hohe Produktivitätsanforderungen im industriellen Einsatz.