Schweißen und Löten

Schweißen

Schweißen ist ein Verfahren mit der Wahl, Metalle untrennbar miteinander zu verbinden. Es gehört neben Löten (Weich- und Hartlöten) und Kleben zur Hauptgruppe des Fügen. Am bekanntesten sind das Schutzgasschweißen, das Lichtbogenschweißen (Elektroschweißen) und das Autogenschweißen. Beim Schutzgasschweißen entsteht zwischen den Elektroden bzw. zwischen Elektrode und Werkstück ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen, die Elektrode und die Schweißnaht werden durch ein aktives oder inertes Schutzgas abgeschirmt. Beim Lichtbogenschweißen wird zwischen Werkstück und Metallelektrode ein Lichtbogen gezogen. Um den Lichtbogen zu stabilisieren und um als Schutzgasmantel zu dienen, sind die Elektroden umhüllt. Die Elektrodenumhüllung ist unbedingt erforderlich beim Wechselstromschweißen, damit der Lichtbogen bestehen bleibt. Autogenschweißen ist ein Schweißverfahren mit Hilfe einer Gasflamme eines Injektor- oder Gleichdruckbrenners. Vorwiegend wird hierfür ein Acetylen-Sauerstoffgemisch im Mischungsverhältnis 1:1 bis 1:1,1 verwendet, aber auch andere Gase wie Propangas, Wasserstoff oder Methangas können eingesetzt werden.

Beim Schweißen werden hohe Temperaturen erreicht, welche die Werkstücke verflüssigen und ineinander fließen lassen. Zum Schweißen gehört einige Erfahrung. Bereits an Geräuschen während des Schweißens und am Aussehen der Schweißnaht erkennt der Fachmann, ob die Qualität und damit die Beständigkeit der Arbeit stimmt. Wichtig ist die Vorbereitung der Werkstücke. Sie müssen metallisch blank sein und die Kanten müssen richtig positioniert werden, um die Schweißnaht aufzunehmen. Durch die hohen Temperaturen und daraus resultierende innere Spannungen können die Werkstücke verformen. Wichtig ist es daher, das Werkstück zu fixieren, zum Beispiel durch Beschweren oder durch das Einspannen in einen Schraubstock. Aufgrund der Gefahren beim Schweißen (hohe Temperaturen, Elektrizität oder Gas) ist Sicherheit oberstes Gebot. Hände, Gesicht und Augen müssen geschützt werden. Insbesondere die Augen vor dem enstehenden Lichtbogen und gegen die UV-Strahlung. Handschuhe, Lederschürze und Schweißbrille oder Schutzschirm dürfen nicht fehlen. Beim Autogenschweißen genügen für den Augenschutz abgedunkelte Schutzgläser. Der Arbeitsplatz muss sachgerecht mit einer feuerfesten Unterlage ausgestattet und gut durchlüftet sein, da sich beim Elektro- und Autogenschweißen Gase und Rauch entwickeln. Auch im Umfeld des Arbeitsplatzes sollten wegen der Feuergefahr keine brennbaren Gegenstände liegen. In der Industrie kommen Verfahren wie Widerstands- oder Plasmaschweißen zum Einsatz. Im handwerklichen Bereich und bei Heimwerker kommen überwiegend Elektro-, Schutzgas- oder Autogenschweißen zum Einsatz. Das Schweißen von sicherheitsrelevanten Gegenständen wie tragende Bauteile, Tankanlagen usw. muss von einen zertifizierten Fachmann durchgeführt werden und darf keineswegs von Laien geschweißt werden.

Löten

Löten ist nach DIN 8505 ein Verfahren zum Verbinden metallischer Werkstoffe mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalles (Lotes), gegebenenfalls unter Anwendung von Flussmitteln und/oder Löt-Schutzgasen. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb derjenigen der zu verbindenden Grundwerkstoffe. Diese werden benetzt ohne geschmolzen zu werden. Man unterscheidet zwei Verfahren: Weichlöten und Hartlöten. Sie unterscheiden sich durch Arbeitstemperatur, Lot und Flussmittel. Beim Weichlöten wird ein Zinn-Blei-Lot verwendet mit Schmelztemperaturen, je nach Zusammensetzung des Zinn- und Bleigehaltes, zwischen 182°C und 330°C. Beim Hartlöten werden höherschmelzende Lote verwendet. Die Arbeitstemperaturen liegen zwischen 500°C und 1000°C. Sie besitzen dafür eine höhere Festigkeit sowie eine höhere Hitzebeständigkeit aufgrund anderer Lotwerkstoffe. Hartlote sind Legierungen aus Kupfer und Zink (Kupferlot) oder Silber mit Kupfer und Zink (Silberlot) sowie dem Aluminiumhartlot, das in der Hauptsache aus Aluminium und dem Rest aus Silizium, Kupfer, Nickel, Zinn und Cadmium besteht.

Elektrodenschweißen

Beim Elektrodenschweißen entstehen die hohen Temperaturen durch einen Lichtbogen zwischen Werkstück und Elektrode. Er wird von einem Transformator erzeugt, der die Netzspannung je nach Gerät in Gleich- oder Wechselstrom mit niedriger Spannung umwandelt. Die Elektrode ist über den Elektrodenhalter an den Transformator angeschlossen, die Masseklemme verbindet Werkstück und Schweißgerät und schließt den Stromkreislauf. Die Stromstärke richtet sich nach der Dicke der Stabelektrode und wird am Gerät eingestellt. Je Millimeter Stabdurchmesser rechnet man rund 40 Ampere, d. h. der eingestellte Schweißstrom in A ist der 40fache Elektrodendurchmesser.
Das Elektrodenschweißen wird eingesetzt ab einer Blechstärke von ca. 1,5 mm. Die Schweißzone soll rost- und lackfrei sein. Die Elektrode wird je nach Art des Materials gewählt. Zu Beginn muss das Werkstück leicht streifend von der Elektrode berührt werden. Anschließend sollte der Schweißer versuchen die Bogenlänge des Lichtbogens konstant zu halten. Die genaue Länge des Flammbogens ist ausschlaggebend, weil sich Stromstärke und Spannung ändern. Eine falsch eingestellte Stromstärke verschlechtert sowohl die Schweißnaht als auch den Widerstand selbst. Die Winkelstellung der Elektrode in Bezug auf das zu bearbeitende Werkstück sollte zwischen 70 und 80 Grad in Vorwärtsrichtung betragen. Ein übermäßiger Winkel bewirkt das Abgleiten der Schlacke unter das Saummaterial. Wenn der Winkel zu klein ist, schwankt und spritzt der Flammbogen. Bei beiden Fällen zeigt sich die Naht porös und geschwächt. Am Ende der Schweißnaht sollte die Elektrode in Richtung der Naht entfernt werden, um die Bildung eines porösen Kraters zu vermeiden.
Eine Elektrode besteht aus einem metallischen Kernstab, der bei dem Verfahren in die Schweißnaht übergeht und die Schweißnaht füllt. Die Umhüllungen der Elektrode besteht aus chemischen Stoffen. Sie schmilzt während des Schweißens. Die daraus entstehende Schlacke schützt die Schmelze vor Verschmutzung und Oxidation. Die Dicke der Elektrode richtet sich nach der Werkstückdicke, ihre Zusammensetzung nach dem Grundmaterial.
Das Elektrodenschweißen ist besonders geeignet für dickere Bleche und Stähle. Es hat den Vorteil, dass zum Schweißen nur eine Elektrode und das Gerät benötigt wird. Es ist daher gut zu transportieren und sehr mobil.

Schutzgasschweißen

Das MIG/MAG-Schutzgasschweißen ist eine Art Elektroschweißen. Der Schweißdraht der Elektrode wird jedoch automatisch und kontinuierlich vom Gerät zugeführt. Er ist nicht umhüllt und befindet sich auf einer Drahtspule, die an den Brenner angeschlossen ist. Über den Schweißbrenner wird das Schutzgas verteilt, das aus einer mit Druckminderer ausgestatteten Gasflasche zugeführt wird. Das Gas verdrängt die Umgebungsluft und schützt die Schmelze. Dieser Prozess dar nicht durch Zugluft gestört werden. Je nach zu schweißendem Material können verschiedene Gase, beispielsweise Argon, Kohlendioxid oder deren Gemische zugeführt werden. Schweißstrom, Drahtvorschub und Schutzgas können reguliert werden. Der Schweißdraht wird bei diesem Verfahren gleichmäßig geschoben. Neben dem oben beschriebenen MIG/MAG-Verfahren gibt es das WIG-Verfahren, bei dem eine nicht schmelzende Wolfram-Elektrode und zusätzliche Schweißstäbe zum Einsatz kommen.
Das Schutzgasschweißen eignet sich für dünne Bleche, zum Beispiel an einer Karosserie. Es hat den Vorteil, dass keine Schlacke entsteht, welche die Sicht auf die Schweißstelle behindert. Durch die automatische Drahtzufuhr entstehen weniger Fehler bei der Naht und die Werkstücke neigen weniger zum Verzug.

WIG-Schweißen

Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer nicht abschmelzbaren Wolframelektrode (WIG = Wolfram-Inert-Gas). Wie beim Schutzgasschweißen wird auch beim WIG-Schweißen ein separates Gas zugeführt wie beispielsweise Argon. Dieses Gas schützt die Schweißzone vor den negativen Einflüssen der Außenluft. Für das Schweißen von Aluminium, Magnesium und deren Legierungen muss das WIG-Wechselstrom-Verfahren (WIG-AC) eingesetzt werden. Alle anderen Metalle ab 0,3 mm werden mit dem WIG-Gleichstrom-Verfahren (WIG-DC) verschweißt.

MIG-Schweißen

Beim MIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einem zugeführten Schweißdraht (Elektrode). Ein automatisch zugeführtes nicht brennbares Gas schützt den Lichtbogen und das Schmelzbad vor negativen Eigenschaften der Außenluft. Mit dem MIG-Verfahren (MIG = Metall-Inert-Gas) werden Aluminium und Aluminiumlegierungen verarbeitet. Als Gase werden Argon, Helium und deren Gemische eingesetzt.

MAG-Schweißen

Das MAG-Schweißen wird eingesetzt für die Verarbeitung von Bau-, Kessel- und Rohrstahl. Die Vorteile des Verfahrens sind die einfache Handhabung und die sehr guten Dünnblecheigenschaften (ab ca. 0,5 mm). Mit dem MAG-Verfahren können hochlegierte Stähle mit Mischgasen aus Argon und einem niedrigen Anteil an Kohlendioxid (kleiner 5 %) verarbeitet werden.

Autogenschweißen

Durch Autogenschweißen können Werkstücke verbunden und verformt werden. Es ist daher besonders interessant für die Kunstschlosserei. Autogenschweißen eignet sich für das Verbinden von Werkstücken mit geringer Dicke.
Die notwendige Wärme wird durch eine circa 3000 Grad Celsius heiße Schweißflamme erzeugt. Die Flamme entsteht aus einem Gemisch aus Acetylen und Sauerstoff. Es kann mit oder ohne zusätzlichen Schweißstab gearbeitet werden. Die Schweißanlage besteht aus mit Druckminderern ausgestatteten Gasflaschen und einem Schweißbrenner, durch dessen Düse das Gasgemisch ausströmt. Durch die Geschwindigkeit, mit der das Gas aus dem Brenner strömt, erhält man entweder eine weiche Flamme (geeignet für dünne Bleche) oder eine harte Flamme (geeignet für dickere Materialien).
Das Arbeiten mit brennbaren Gasen erfordert besondere Sicherheitsvorkehrungen: Beim Zünden de Brenners wird immer erst das Sauerstoffventil geöffnet und beim Beenden des Schweißens zuerst das Acetylenventil geschlossen. Es darf nur im Freien oder in gut durchlüfteten Räumen gearbeitet werden. Die Gasflaschen werden aufrecht gelagert, befestigt und vor Schlägen und Hitze geschützt. Wegen der Gefahr der Selbstentzündung darf kein Bestandteil der Anlage mit Öl in Berührung kommen.

Punktschweißen

Beim Punktschweißen werden zwei stiftförmige Kupfer- oder Sintermetallelektroden an die zu verbindenden Werkstücke aufeinander. Durch einen Stromstoß hoher Stromstärke bei niedriger Spannung erhitzt die Verbindungsstelle auf Schweißtemperatur und es entsteht ein Schweißpunkt. Das Punktschweissen eignet sich beispielsweise zum Verbinden von Blechen aus unlegierten oder legierten Stahl, Kupferblechen oder für Bleche aus verschiedenen Werkstoffen.