Alles Wichtige über das Schweißen: Ein Ratgeber

Schweißen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem zwei oder mehr Metallteile dauerhaft miteinander verbunden werden, indem sie an ihren Fügstellen durch Hitze und/oder Druck geschmolzen und miteinander verschmolzen werden. Während des Schweißprozesses können Schweißzusätze verwendet werden, um die Verbindung zu verstärken oder das Material aufzufüllen. Schweißen ist ein gängiges Verfahren in der Metallverarbeitung und wird in vielen Industrien eingesetzt, um starke, dauerhafte Verbindungen zu schaffen.

Schweißen ist ein komplexer Prozess, der aus mehreren Schritten besteht: dem Erzeugen von Hitze, dem Schmelzen der Fügstellen, dem Zusammenfügen der Metalle, dem Abkühlen und dem Schutz vor Oxidation. Verschiedene Schweißverfahren nutzen unterschiedliche Methoden, um diese Schritte durchzuführen, aber das Ziel ist immer dasselbe: eine starke, dauerhafte Verbindung zwischen den Metallteilen zu schaffen.

1. Erzeugung der Hitze

Die Hitze, die zum Schweißen erforderlich ist, wird je nach Verfahren auf unterschiedliche Weise erzeugt:

• Lichtbogenschweißen: Bei Verfahren wie dem Metall-Schutzgasschweißen (MIG/MAG) oder dem Lichtbogenhandschweißen (MMA) wird die Hitze durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugt. Dieser entsteht, wenn ein elektrischer Strom zwischen einer Elektrode und dem Werkstück fließt, wodurch die Temperatur auf über 3.000 °C ansteigt und das Metall an den Fügstellen schmilzt.
• Gasschweißen: Beim Autogenschweißen wird eine Gasflamme (meist ein Gemisch aus Acetylen und Sauerstoff) verwendet, um das Metall zu erhitzen und zu schmelzen. Diese Methode erreicht Temperaturen von bis zu 3.200 °C.
• Widerstandsschweißen: Beim Punktschweißen fließt elektrischer Strom durch die Fügstellen zweier Bleche, wodurch der Widerstand des Materials lokal Hitze erzeugt und das Metall schmilzt.
• Laserschweißen: Ein konzentrierter Laserstrahl wird verwendet, um das Metall zu erhitzen und zu schmelzen. Diese Methode ermöglicht extrem präzise und tiefe Schweißnähte, insbesondere bei dünnen Materialien.

2. Zusammenfügen der Metalle

Sobald das Metall an den Fügstellen geschmolzen ist, werden die Teile zusammengefügt. In vielen Schweißverfahren wird dabei zusätzliches Schweißmaterial verwendet:

• Schweißdraht oder -stab: Beim MIG/MAG- und WIG-Schweißen wird ein Draht oder Stab als Schweißzusatzmaterial kontinuierlich zugeführt. Dieses Material schmilzt und füllt die Schweißnaht auf, wodurch die Verbindung verstärkt wird.
• Elektroden: Beim Lichtbogenhandschweißen (MMA) wird eine ummantelte Stabelektrode verwendet, die während des Schweißens schmilzt und als Schweißzusatzmaterial dient.

3. Abkühlen und Erstarren

Nach dem Schweißen kühlt das geschmolzene Metall ab und erstarrt, wodurch eine feste Verbindung entsteht. Der Abkühlungsprozess muss kontrolliert erfolgen, um innere Spannungen und Risse im Metall zu vermeiden. In einigen Fällen wird das Werkstück nach dem Schweißen langsam abgekühlt, um diese Spannungen zu reduzieren.

4. Schutz vor Oxidation und Verunreinigungen

Während des Schweißprozesses ist es wichtig, die Schweißstelle vor der Umgebungsluft zu schützen, um Oxidation und andere Verunreinigungen zu verhindern, die die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen könnten:

• Schutzgase: Bei Verfahren wie dem MIG/MAG- oder WIG-Schweißen wird ein Schutzgas, typischerweise Argon, Helium oder eine Mischung aus Argon und CO₂, über die Schweißstelle geleitet. Dieses Gas verdrängt die Luft und schützt das geschmolzene Metall vor Oxidation.
• Schlacke: Beim Lichtbogenhandschweißen entsteht durch das Verbrennen der Elektrodenumhüllung eine Schlackeschicht, die die Schweißnaht während des Schweißens schützt. Nach dem Abkühlen muss diese Schlacke entfernt werden.

5. Nachbearbeitung

Nach dem Schweißen wird die Naht oft visuell oder mit speziellen Prüfverfahren auf ihre Qualität hin überprüft. Gegebenenfalls wird die Naht durch Schleifen oder andere Verfahren nachbearbeitet, um sie zu glätten oder mögliche Fehler zu beheben.

Die am häufigsten verwendeten Metallwerkstoffe sind Stahl-, Aluminium-, Nickel- und Titan-Legierungen. 

Aluminium ist ein dehnbares, leichtes, oxidationsbeständiges und hochleitfähiges Metall. Es erzeugt keine Funken durch Reibung und ist schweißbar. Gleichzeitig ist Aluminium aufgrund seiner Weichheit einer der am schwierigsten zu schweißenden Werkstoffe. Vor dem Schweißen muss das Aluminium von seiner Schutzschicht befreien und entfetten werden.

Mit „Eisen“ wird allgemein eine Legierung bezeichnet, die aus diesem Element und anderen Metallen wie Kohlenstoff, Silizium, Nickel usw. besteht. Bei einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5 % spricht man von Eisen, bei höheren Anteilen von Stahl oder Gusseisen. Eisen ist ein weitverbreitetes Metall, vielseitig, fest und relativ leicht zu schweißen. Es ist relativ preiswert und wird in allen Bereichen der Industrie und des Handwerks eingesetzt.

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, bei der der Kohlenstoffanteil höchstens 2,06 % beträgt; bei höheren Kohlenstoffanteilen spricht man von Gusseisen. Aufgrund seiner technischen und ästhetischen Eigenschaften ist es eines der bevorzugten Materialien.

Kupfer hat eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, ist extrem dehnbar, verformbar und korrosionsbeständig. Zum Schweißen von kleinen Teilen mit geringerer Dicke genügt das Erhitzen des Kupfers. Vor dem Schweißen muss es jedoch durch Eintauchen in Säuren gebeizt werden, um alle Elemente zu entfernen, die es unrein machen, wie Schwefel, Blei und Phosphor.

Was darf man nicht Schweißen?

Beim Schweißen gibt es bestimmte Materialien und Situationen, die mit besonderer Vorsicht zu behandeln sind oder sogar vollständig vermieden werden sollten, um die Sicherheit zu gewährleisten und gesundheitliche Risiken zu minimieren. Beispielsweise sollten beschichtete Materialien wie verzinkter Stahl, der mit Zink, Blei oder anderen giftigen Substanzen überzogen ist, nicht ohne spezielle Sicherheitsvorkehrungen geschweißt werden. Beim Schweißen solcher Materialien können giftige Dämpfe freigesetzt werden, die ernsthafte gesundheitliche Schäden verursachen können.

Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass Aluminium ein Material ist, das spezielle Schweißtechniken und Ausrüstungen erfordert. Ohne die nötige Erfahrung und Vorbereitung kann das Schweißen von Aluminium zu schlechten Schweißergebnissen und sogar zu Sicherheitsrisiken führen. Magnesium ist ein weiteres Metall, das beim Schweißen äußerst vorsichtig behandelt werden muss, da es sehr leicht entflammbar ist und somit eine erhebliche Brandgefahr darstellt.

Besonders gefährlich ist auch das Schweißen an Druckbehältern wie Gasflaschen. Diese Arbeiten sollten ausschließlich von erfahrenen Fachleuten durchgeführt werden, da der kleinste Fehler zu schweren Unfällen führen kann, einschließlich Explosionen. Schließlich ist das Schweißen in explosiven Umgebungen strengstens zu vermeiden. In Bereichen, in denen brennbare oder explosive Stoffe vorhanden sind, können die beim Schweißen entstehenden Funken oder die hohe Hitze eine Explosion auslösen und somit lebensgefährliche Situationen schaffen.

MIG- (Metall-Inertgas) und MAG- (Metall-Aktivgas) Schweißverfahren sind intuitiv und leicht zu erlernen. Allerdings ist das Gerät nicht besonders handlich, da man eine Gasflasche benötigt, die je nach dem zu schweißenden Material variiert.

Das Gas dient, wie die Elektrodenumhüllung beim Elektrodenschweißen, dem Schutz der Schweißnaht vor Oxidation. Beim MIG-Schweißen wird Argon verwendet, während beim MAG-Schweißen Kohlendioxid (CO₂) eingesetzt wird. Das Arbeiten im Freien mit dieser Schweißtechnik ist kompliziert, weil die kleinste Luftbewegung die Fackelflamme zum Erlöschen bringen kann. Sie wird daher bevorzugt für Präzisionsarbeiten im Labor eingesetzt, während das Elektrodenschweißen im Freien verwendet wird.

Das WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen) wird aufgrund seines hervorragenden Aussehens vorwiegend dann eingesetzt, wenn die Schweißnaht sichtbar bleiben muss, wie beim Verbinden von Hydraulikleitungen oder Fahrradrahmen. Das charakteristische Merkmal des WIG-Schweißens ist die entstehende Schweißraupe.

Das Elektrodenschweißen ist wegen seines günstigen Preises und seiner Tragbarkeit sehr beliebt, obwohl es eine der schwierigsten Schweißtechniken ist. Sie wird mithilfe einer umhüllten Elektrode durchgeführt, die an der mit der Schweißmaschine verbundenen Klemme befestigt ist. Wenn die Elektrode in die Nähe des zu schweißenden Materials gebracht wird, entsteht ein Lichtbogen, der das zu schweißende Material, die Beschichtung und den Elektroden-Kern zum Schmelzen bringt.

Beim Rührreibschweißen wird die Wärme genutzt, die durch die Reibung zwischen zwei sich zueinander bewegenden Teilen entsteht, die zusammengedrückt werden. In der Anfangsphase erfolgt die Erwärmung der beiden Kanten durch die Wärme, die durch die Reibung zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken entsteht. Sobald die zu verschweißende Schnittstelle die Erweichungstemperatur des Materials erreicht hat und es dadurch plastisch wird, beginnt die Schmiedephase, in der die beiden Teile in ihrer Position gehalten werden, bis sie vollständig abgekühlt sind.

Dieses Schweißverfahren wird in der Regel an zylindrischen Werkstücken durchgeführt: Ein Werkstück wird in einer Spindel fixiert, das zweite wird gedreht und durch eine Gegenspindel gegen das erste gedrückt. Die Drehung der rotierenden Spindel wird durch einen Elektromotor bewirkt, während die Druckkraft durch einen hydraulischen Antrieb ausgeübt wird. Die Maschine funktioniert vollautomatisch.

Ein Laserstrahl dient als konzentrierte Wärmequelle, um mehrere Metallelemente miteinander zu verbinden. Es ist besonders in der Automobilindustrie beliebt, da es eine dünne, tiefe, diskrete und sehr widerstandsfähige Schweißnaht erzeugt.

Die Ergebnisse sind resistent und ästhetisch ansprechend. Da dem zu bearbeitenden Blech kein neues Material hinzugefügt wird, gibt es keine auffälligen Rückstände. Diese Schweißtechnik erfordert jedoch sowohl ausgezeichnete Fähigkeiten als auch spezielle Maschinen.

Das elektrische Widerstandsschweißen ist ein Verfahren zum Verbinden zweier leitfähiger Metallteile, bei dem die Wärme durch den Durchgang von Strom zwischen zwei Elektroden erzeugt wird. Die zum Schmelzen des Materials erforderliche Wärme wird in einem kleinen Bereich lokalisiert und durch den zwischen den beiden Elektroden fließenden Strom und den elektrischen Widerstand der beiden zu verschweißenden Teile erzeugt. Die Erwärmung und das anschließende Schmelzen des Metalls erfolgt durch den Joule-Effekt an der Grenzfläche zwischen den beiden Teilen. Letzteres ist nämlich der Bereich, in dem der höchste elektrische Widerstand erreicht wird und der sich daher bei Stromdurchgang am stärksten erwärmt. Umgekehrt hat die Schnittstelle zwischen Elektrode und Blech einen geringeren Übergangswiderstand, sodass das Material in diesem Bereich nicht schmelzen wird.

Dieses Schweißverfahren wird zum Schweißen von dünnen Blechen und Platten mit einer Dicke von weniger als 10 mm verwendet. Zu den schweißbaren Materialien gehören Stahl, Aluminium, Bronze usw. Dies ist ein typisches Verfahren in der Automobil- und Weißwarenindustrie.

Zinn ist sehr korrosions- und oxidationsbeständig. Es ist ein äußerst formbares und dehnbares Metall mit einer silbernen Farbe. Es wird in der Elektronik aufgrund seiner Eigenschaften als leitendes Metall verwendet, um Komponenten in Schaltkreisen zu verbinden.

Es gibt verschiedene Arten von Zinnlötkolben, je nach Art des Lötens, aber im Allgemeinen bestehen sie aus einem isolierten Kunststoffgriff und einer Kupferspitze, die zum Schmelzen des Zinns erhitzt wird. Bringen Sie einfach die beiden zu lötenden Elemente zusammen, legen Sie den Lötstab nebeneinander und erhitzen Sie ihn mit dem Lötkolben, um ihn zu schmelzen. Auf diese Weise wird der Zinn an der Verbindungsstelle zwischen den beiden zu lötenden Elementen abgeschieden. Das Zinn erstarrt schnell und ermöglicht so ein zügiges und effektives Löten innerhalb von Sekunden.

Die Bedeutung der Sicherheit bei Schweißarbeiten kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Deshalb ist es wichtig, alle Arten und Funktionen der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) für Schweißer zu kennen. Einige dieser PSA sollten beim Schweißen immer getragen werden: Helm, Maske, Handschuhe. Sie schützen empfindliche Bereiche vor schädlichen Elementen wie Strahlung, Bearbeitungsschlacke und Hitze. Die am meisten gefährdeten Bereiche beim Schweißen sind zweifellos die Augen, die Lungen, die Hände und die Füße.

Ein Helm ist zum Schutz des Gesichts und der Augen bei Schweißarbeiten unerlässlich. Auch wenn eine gute Rauchabsaugung vorhanden ist, ist es immer ratsam, eine Maske zu tragen, um das Einatmen der beim Schweißen entstehenden Dämpfe und giftigen Gase zu vermeiden. Diese Dämpfe sind nicht immer wahrnehmbar, aber sie sind giftig und können die Atemwege schwer schädigen.

Handschuhe werden nicht nur verwendet, um die Hände vor den feurigen Schweißdämpfen zu schützen, sondern auch, um das Risiko eines Stromschlags abzufedern. Beim Schweißen kommen elektrisch betriebene Geräte zum Einsatz, und die Gefahr eines Stromschlags kann nicht ausgeschlossen werden.

Schweißen ist eine gängige Tätigkeit für Profis, Heimwerker und Bastler gleichermaßen. Neben den Schutzmaßnahmen ist es auch nützlich, die zu verwendenden Techniken und Materialien zu kennen. 

Was die Ausrüstung betrifft, so empfehlen wir Ihnen, einen Blick in unsere Produktwelt zu werfen, um alles zu finden, was Sie für ein gutes schweißtechnisches Erlebnis benötigen. Sind Sie insgesamt am Thema „Sicherheit am Arbeitsplatz“ interessiert, empfehlen wir Ihnen diesen allgemeinen Leitfaden zur Auswahl persönlicher Schutzausrüstung.