Schweißen

Unter Schweißen versteht man eine Verschmelzung zweier meist metallischer Materialien zu einer nicht lösbaren stoffschlüssigen Verbindung, häufig im Maschinenbau.

Dabei müssen beide Teile so weit erhitzt werden, dass sie im flüssigen oder teigigen Zustand sind. Wichtig dabei ist, dass das Material nach seiner Abkühlung nicht andere Eigenschaften hat als vor dem Erhitzen. So kann man unter anderem Metalle, Thermoplaste oder Glas verschweißen.

Die bekanntesten Arten von Metallschweißen sind:

Feuerschweißen

Das ist wohl die älteste Form des Schweißens. Dabei werden zwei oder mehrere Metalle in der Esse nahezu zum Schmelzen gebracht und anschließend durch großen Druck, zum Beispiel durch Hammerschläge, miteinander verbunden. Das Feuerschweißen wurde früher oft zum Waffenschmieden benutzt. Zum Beispiel für Dolche und Schwerter aus einer Art des Damaszener Stahls

Autogenschweißen

siehe Autogenschweißen

Lichtbogenschmelzschweißen mit Stabelektroden

Das Metall wird durch einen Lichtbogen, der durch Anlegen eines Gleichstromes oder Wechselstromes entsteht, erhitzt. Gleichzeitig schmilzt auch die Schweißelektrode, die einen der beiden Pole des Lichtbogens bildet zu dem Material, das verschweißt werden soll dazu. Es ist die einfachste Art Eisen oder Stahl zu schweißen. Den notwendigen Strom erhält man aus einem Schweißtrafo oder Schweißgenerator. Um zu verhindern, dass das Eisen bei der Hitze oxidiert, sind die Elektroden mit einem Mantel umgeben, der den Sauerstoff von der Schweißstelle fernhält.

Dabei werden Stoffe aus der Elektrode rauchförmig frei. Gefährlich sind dabei die Chromate ( = Chrom(VI)-Verbindungen = sechswertige Chromverbindungen). Im Geringeren werden Nickelverbindungen und Manganoxide freigesetzt.

Für die Gefährdungsbeurteilung ist der Gesamtschweißrauch zu beachten, u.a. mit den Inhaltsstoffen Titandioxid, Fluoriden, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Eisenoxiden. Wenn möglich ist auf Schutzgasschweißen (s.u.) auszuweichen, denn durch die fehlende Ummantelung der Elektrode werden weniger Chromate freigesetzt.

Für Deutschland gilt: TRK-Werte (Chromate, Nickelverbindungen, Mangan und Fluoride (giftig)) beachten. Die anderen Bestandteile sind belastend und entsprechend (TRGS403, MAK-Werte) zu beurteilen. Untersuchungsgrundsatz G39

Schutzgasschweißen

Schutzgasschweißen (WIG)

Beim WIG-Schweißen (Wolframinertgasschweißen) wird das Schutzgas wie beim MIG oder MAG Schweißen über einen Schlauch zum Brenner geführt. Dort wird es durch eine Keramikdüse auf das Metall geblasen. Durch die Elektronenwanderung zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframnadel im Brenner und dem Metall entsteht einen Lichtbogen. Die Temperatur reicht aus, um die Oberflächen des Metalls zu schmelzen und zu fügen. Falls die Naht belastbar werden soll, muss von außen ein Zusatzstoff in das Schmelzbad geführt werden. Die Wolframnadel darf nicht das Material berühren, da das die Materialeigenschaften des Werkstückes verschlechtern und die Wolframelektrode unbrauchbar machen würde.

Widerstandspressschweißen

Punktschweißen

Das ist ein Verfahren zum verschweißen von Blechen. Die Bleche (meist zwei, es sind aber auch Dreiblechschweißungen möglich) werden dabei durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst. Durch die Elektroden wird ein Schweißstrom in das Blech eingeleitet. Zusammen mit dem aufgebrachten mechanischen Druck und dem elektrischen Widerstand der Bleche führt dies zwischen den Elektroden zum Schmelzen der Bleche. Die Elektroden sitzen meistens am Ende einer Punktschweißzange oder an Zylindern. Um ein Überhitzen der Elektroden zu vermeiden, wird häufig auf der Innenseite Kühlwasser hindurchgeleitet. Punktschweißen ist ein wichtiges Verfahren zur Verbindung der Karosserieteile im Automobilbau. In letzter Zeit wird alternativ auch das Druckfügen angewandt.

Rollnahtschweißen

Ein Rollnahtschweißgerät funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie Punktschweißen, kann durch die Rollen aber auch kontinuierliche Nähte erzeugen.

Kaltpreßschweißen

Kaltpreßschweißverbindungen erfolgen unter hohem Druck und unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Einzelteile. Hierbei bleiben die Partner im festen Zustand, allerdings ist eine plastische Verformung mit einer starken Annäherung der Kontaktflächen notwendig. Durch die extreme Berührung der beiden Kontaktflächen erfolgt auf Grund von zwischenatomaren Bindekräften eine stabile Verbindung der beiden Werkstücke. Um eine gute Verbindung zu erhalten sind Mindestverformungen von Materialien mit ausreichender Kaltverfombarbeit notwendig. (Beispiel: Kupfer sowie Aluminium miteinander und untereinander)

Reibschweißen

Beim Reibschweißen werden zwei Teile relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung. Am Ende des Reibvorganges ist es von entscheidender Bedeutung die Teile richtig zueinander zu positionieren, und einen hohen Druck auszuüben. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die so genannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner ist als bei anderen Schweißverfahren.

Rotationsreibschweißen

Das Rotationsreibschweißen ist ein Sonderfall. Dabei werden rotationssymmetrische Bauteile miteinander verschweißt, wobei ein Teil still steht und die Reibungswärme durch Rotation des zweiten Teils erzeugt wird.

Ultraschallschallschweißen

Das Ultraschallschallschweißgerät erzeugt die notwendige Wärme durch sehr kleine Bewegungen der Werkstücke im Ultraschallbereich und stellt somit ebenfalls einen Sonderfall des Reibschweißens dar.

Laserschweißen

Laserschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Blechen eingesetzt. Dabei wird die Umgebung des gerade gewschweißten Teils der Naht mit Hilfe von Rollen auf einen definierten Abstand zusammengedrückt. Durch einen Laserstrahl wird das Metall dann in diesem Bereich aufgeschmolzen.

Arbeitsschutz:

Beim Autogenschweißen braucht man nur Schutzgläser, damit keine glühenden Teile oder Funken in die Augen gelangen. Allerdings sind auch die Gläser verdunkelt, damit man die Schweißumgebung besser sieht.

Beim Lichtbogenschweißen entsteht auch die für die Augen gefährliche Ultraviolettstrahlung, die die Augen ungeschützt schwer schädigen können. Deshalb müssen auch Schutzgläser, die diese Strahlung abschirmen verwendet werden. Da die UV-Strahlung auch die normale Haut schädigt, wird ein Schirm verwendet, der das ganze Gesicht abdeckt. Vor dem eigentlichen schwarzen Glas ist meist ein normales Glas, das die Funken abhält und billiger auszutauschen ist. Um beide Hände frei zu haben, wird der Schirm auch oft am Kopf aufgesetzt.