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1. Arbeitsschutz - a) Gefahren

Grundsätzlich gilt, dass Schweißen so gut wie immer mit starken Strömen oder explosiven Gasen, giftigen Abgasen, gefährlichem Licht und Wärmeentwicklung sowie Spritzern flüssigen Metalls verbunden ist. Die Gefährdungen sind davon abhängig, welches Schweißverfahren angewendet wird. Häufig enthalten die Schweißrauche krebserregende Stoffe. Dies ist insbesondere bei der Schweißung hochlegierter Stoffe immer der Fall. Auch der Einsatz von chrom- und/oder nickelhaltiger Schweißzusatzwerkstoffen in Form von Chromaten, und/oder Nickelverbindungen erzeugt krebserregende Rauche. Eine akute Vergiftung durch Einatmen von Stäuben mit einem sehr hohen Mangangehalt kann zu entzündlichen Reaktionen in der Lunge führen. Diese Toxizität manifestiert sich als Bronchitis und kann sich zu einer fibrösen Lungenerkrankung entwickeln. Bei ordnungsgemäßem Einsatz der Absaugung wird der Grenzwert für Mangan und seine Verbindungen nicht überschritten. Dennoch ist für Schweißpersonal -gemäß (G39)- eine besondere Gesundheitsuntersuchung der Lunge im regelmäßigen Turnus vorgeschrieben

  

In Deutschland müssen die TRK-Grenzwerte für Schwermetalle beachtet werden. Viele andere Bestandteile sind ebenfalls belastend und entsprechend (TRGS403, MAK-Werte) zu beurteilen. In der TRGS 528, welche die BGR 220 (Schweißrauche) ersetzt hat, sind unter anderem die Anforderungen an den Schweißarbeitsplatz geregelt.

1. Arbeitsschutz - b) Maßnahmen

Es ist für Schweißarbeitsplätze eine Gefährdungsbeurteilung zu erstellen. Hier sind alle Inhaltsstoffe des Schweißrauches zu berücksichtigen, u. a. Titandioxid,Fluoride, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Eisenoxide und dessen Legierungsbestandteile wie Nickel, Cobalt, Chrom und Mangan. Bei hochlegierten Stählen ist, wenn möglich, auf Elektrodenschweißungen zu verzichten und auf Schutzgasschweißen oder automatisierte Verfahren auszuweichen, denn durch die fehlende Ummantelung der Elektrode werden weniger Chromate freigesetzt.

Eine entsprechend fachkundige Einweisung ist für alle abhängig Beschäftigte nach dem Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG) zwingend erforderlich; weiterhin ist ein Ausbildungsnachweis (Facharbeiterbrief oder Lehrgangsprüfung einer Handwerkskammer) üblich. In vielen Industriebereichen, bei Bahnanwendungen, ist eine Schweißaufsicht erforderlich.

  

Beim Autogenschweißen benötigt man Schutzgläser, damit keine glühenden Teile oder Funken in die Augen gelangen. Die Gläser sind eingefärbt, damit man blendfrei die Schweißumgebung beobachten kann.

Beim Lichtbogenschweißen entsteht Ultraviolettstrahlung, die die Haut, insbesondere jedoch die Augen schädigt. Weiterhin entsteht Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), die nicht nur auf ungeschützten Körperteilen Verbrennungen erzeugen, sondern auch die Netzhaut schädigen kann. Deshalb müssen Schutzgläser verwendet werden, die diese beiden Strahlungsarten abschirmen. Die Schutzklassen für derartige Gläser sind in der Europäischen Norm EN 169 festgelegt. So sind zum Autogenschweißen die Schutzklassen 2 bis 8, für offenes Lichtbogenschweißen dagegen die Klassen 9 bis 16 vorgesehen. Die Schutzgläser tragen eine Beschriftung, die die Eigenschaften des Glases charakterisiert. Die Angabe ist wie folgt: Schutzklasse, Herstellerkürzel, optische Klasse 98, DIN-Norm. Der moderne Ersatz für Schutzgläser sind automatische Schweißerschutzfilter.

 

Da die UV-Strahlung auch die Haut schädigt, wird ein Schirm verwendet, der das ganze Gesicht abdeckt. Vor dem eigentlichen fast schwarzen Glas ist meist ein normales Glas, das die Funken abhält und billiger auszutauschen ist. Um beide Hände frei zu haben, kann der Schirm an einem Schutzhelm oder einer auf dem Kopf getragenen Vorrichtung klappbar angebracht werden. Zusätzlich ist spezielle schwer entflammbare Schweißerkleidung zu tragen, die alle Hautflächen sicher abdeckt. Viele Schweißverfahren sind sehr laut, ein angemessener Gehörschutz ist daher vonnöten.

 

Beim Schweißen entstehen auch feinste Staubpartikel, die abgesaugt werden müssen, damit diese nicht in die Lunge des Schweißers gelangen und von dort in die Blutbahn diffundieren können. Zu diesem Zweck werden mobile oder stationäre Schweißrauchfilter eingesetzt, die diesen Feinstaub absaugen und filtern. Stand der heutigen Technik sind so genannte ePTFE-Filter (Oberflächenfiltration). Wenn keine effektive Absaugung des Schweißrauchs sichergestellt werden kann, muss der Schweißer durch eine persönliche Schutzausrüstung in Form eines Gebläsefiltergerätes(PAPR) geschützt werden. Vor Sauerstoffmangel oder schädlichen Gasen in Schächten und Behältern schützen diese Geräte nicht. Wenn keine ausreichende Belüftung möglich ist, müssen umluftunabhängige Atemschutzgeräte getragen werden. Besondere Vorsicht ist beim Flammrichten und Vorwärmen mit Gasbrennern, in unzureichend belüfteten, engen Räumen geboten, da die Flamme einen Teil des Atemsauerstoffs verbraucht.

 

Beim Schweißen müssen auch die Personen in der Umgebung vor der Strahlung und Lärm geschützt werden. Dazu gibt es Schweißlamellen- und Schweißervorhänge sowie Schallschutztrennwandsysteme. Bei Lichtbogenhandschweißungen ist die elektrische Gefährdung des Schweißers besonders zu beachten. Die Lichtbogenspannung liegt zwar unter dem – im Allgemeinen – gefährdenden Bereich, jedoch ist vor allem bei Arbeiten, unter besonderer elektrischer Gefährdung, also beispielsweise bei Arbeiten in engen elektrisch leitenden Räumen (Kessel, Röhren etc.) eine Reihe von Vorsichtsmaßnahmen zu beachten, die unter anderem im Merkblatt BGI 553 der Metallberufsgenossenschaft vorgeschlagen werden.

  

Beim Laserschweißen ist der Laserstrahl selbst eine zusätzliche Gefahrenquelle. Er ist in der Regel unsichtbar. Während Strahlung im Nahen Infrarot (Festkörperlaser, Faserlaser, Diodenlaser) in die Haut und das Auge eindringt und auch bei geringen Intensitäten (Streustrahlung) Netzhautschäden verursacht, wird die Strahlung des CO2-Lasers (Mittleres Infrarot) auf der Oberfläche (Haut und Hornhaut des Auges) absorbiert und verursacht oberflächliche Verbrennungen. Hautverbrennungen durch Laser im Nahen Infrarot sind u. a. auch deshalb gefährlich, da die Strahlung in tiefen Gebieten unter der Haut absorbiert wird, wo sich keine temperaturempfindlichen Nerven befinden. Laser-Schweißgeräte sind in der Regel sicher gehaust (verriegelte Schutztüren, Laserschutzfenster), sie fallen dann unter die Laserklasse I und können gefahrlos ohne Laserschutzbrille bedient werden.

2. Elektrodenschweißen oder Lichtbogenhandschweißen

Das Lichtbogenhandschweißen (E-Handschweißen EN ISO 4063: Prozess 111) ist eines der ältesten elektrischen Schweißverfahren für metallische Werkstoffe, welches heute noch angewandt wird. Nikolai Gawrilowitsch Slawjanow ersetzte 1891 die bis dahin zum Lichtbogenschweißen üblichen Kohleelektroden durch einen Metallstab, der gleichzeitig Lichtbogenträger und Schweißzusatz war. Da die ersten Stabelektroden nicht umhüllt waren, war die Schweißstelle nicht vor Oxidation geschützt. Deshalb waren diese Elektroden schwierig zu verschweißen.

  

Ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer als Zusatzwerkstoff abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück wird als Wärmequelle zum Schweißen genutzt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird der Werkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Als Schweißstromquellen dienen Schweißtransformatoren (Streufeldtransformatoren) mit oder ohne Schweißgleichrichter, Schweißumformer oder Schweißinverter. Je nach Anwendung und Elektrodentyp, kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom geschweißt werden.

 

Umhüllte Stabelektroden, zum Beispiel für unlegierte Stähle gemäß ISO 2560-A, entwickeln beim Abschmelzen Gase und Schweißschlacken. Die Gase aus der Umhüllung stabilisieren den Lichtbogen und schirmen das Schweißbad vor der Oxidation durch den Luftsauerstoff ab. Die Schweißschlacke hat eine geringere Dichte als die Schmelze, wird auf die Schweißnaht geschwemmt und sorgt für zusätzlichen Schutz der Schweißnaht vor Oxidation. Ein weiterer erwünschter Effekt der Schweißschlacke ist die Verringerung der Schweißschrumpfspannungen durch die langsamere Abkühlung, da dem Bauteil mehr Zeit bleibt die plastische Verformung rückzuentwickeln.

  

Durch den Elektronenbeschuss heizt sich die Anode (Pluspol) stärker auf. Bei den meisten Schweißverfahren betreibt man verzehrende Elektroden als Anoden, das Werkstück also als Kathode (Minuspol). Bei umhüllten Stabelektroden hängt die Polarität von der Elektrodenumhüllung ab. Besteht die Umhüllung aus schlecht ionisierbaren Bestandteilen, wie dies bei basischen Elektroden der Fall ist, wird die Elektrode am heißeren Pluspol geschweißt, anderenfalls wegen der geringeren Strombelastung, am Minuspol.

  

Hauptanwendungsbereich des Lichtbogenhandschweißens ist der Stahl- und Rohrleitungsbau. Elektrodenschweißungen werden wegen der deutlich geringeren Schweißgeschwindigkeiten bevorzugt im Montagebereich angewendet, da der maschinelle Aufwand im Vergleich zu anderen Verfahren verhältnismäßig gering ist. Eine Elektrodenschweißung kann auch unter ungünstigen Witterungsverhältnissen, wie beispielsweise Wind und Regen noch fehlerfrei durchgeführt werden, was gerade auch bei Außenarbeiten von Bedeutung ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schweißung – im Unterschied zu anderen Verfahren – auch dann häufig noch mängelfrei durchgeführt werden kann, wenn die Schweißfuge nicht vollständig metallisch blank ist.[5] Lichtbogenhandschweißen ist auch unter Wasser möglich.

3. MIG – MAG Schweißen (Metallschutzgasschweißen)

Das teilmechanische Metallschutzgasschweißen (MSG), wahlweise als MIG (Metallschweißen mit inerten Gasen, EN ISO 4063: Prozess 131) oder MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven, also reaktionsfähigen Gasen, EN ISO 4063: Prozess 135), ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Die gebräuchlichen Schweißdrahtdurchmesser liegen zwischen 0,8 und 1,2 mm (seltener 1,6 mm). Gleichzeitig mit dem Drahtvorschub wird der Schweißstelle über eine Düse das Schutz- oder Mischgas mit ca. 10 l/min (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdrahtdurchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO2 oder einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen CO2 und O2 (z.B. „Corgon") gearbeitet. Je nach ihrer Zusammensetzung kann der Schweißprozess (Einbrand, Tropfengröße, Spritzerverluste) aktiv beeinflusst werden; beim Metallinertgasschweißen (MIG) wird als Edelgas Argon, seltener auch das teure Edelgas Helium, verwendet. Das MAG-Verfahren wird in erster Linie bei Stählen eingesetzt, das MIG-Verfahren bevorzugt bei NE-Metallen.

   

Wahlweise können beim Metallschutzgasschweißen auch Fülldrähte, auch Röhrchendrähte genannt, eingesetzt werden (mit Aktivgasschweißen EN ISO 4063: Prozess 136, mit Inertgas EN ISO 4063: Prozess 137). Diese können im Inneren mit einem Schlackebildner und ggf. Legierungszusätzen versehen sein. Sie dienen dem gleichen Zweck wie die Umhüllungen der Stabelektrode. Einerseits tragen die Inhaltsstoffe zum Schweißvolumen bei, andererseits bilden sie eine Schlacke auf der Schweißraupe und schützen die Naht vor Oxidation. Letzteres ist vor allem bei dem Schweißen von Edelstählen wichtig, da die Oxidation, das „Anlaufen" der Naht auch nach dem Weiterführen des Brenners und damit dem Weiterführen der Schutzgasglocke verhindert werden muss.

  

Geschichte von MIG-MAG Verfahren

Das MSG-Schweißen wurde erstmals 1948 in den USA in der Inertgas- bzw. Edelgas-Variante angewandt, damals wurde es auch als SIGMA-Schweißen (engl. shielded inert gas metal arc) bezeichnet.

 

In der Sowjetunion wurde ab 1953 anstelle der teuren Edelgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen verwendet, nämlich Kohlendioxid (CO2). Dies war nur möglich, weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die den beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen ausgleichen.

 

In Österreich wurde bis 2005 das CMT (Cold Metal Transfer)-Schweißen serientauglich entwickelt, bei dem der Schweißstrom gepulst wird und Zusatzdraht mit hoher Frequenz vor und zurückbewegt wird, um eine gezielte Tropfenablösung bei geringer Wärmeeinbringung zu erreichen

4. Plasmaschneider

Der Plasmaschneider besteht aus Stromquelle, Handstück, Massekabel, Stromzuleitung und Druckluftzuleitung. Ein Plasma ist ein elektrisch leitfähiges Gas mit einer Temperatur von etwa 30.000 °C. Der Lichtbogen wird in der Regel mit einer Hochfrequenzzündung gezündet und am Austritt durch eine isolierte, in der Regel wassergekühlte, Kupferdüse eingeschnürt. Einige Systeme verwenden auch die Lift-Arc-Zündung, die auch bei WIG-Schweißgeräten eingesetzt wird. Bei diesen Geräten wird der Brenner an der Schnittstelle auf das Werkstück aufgesetzt, und es fließt ein geringer Strom der nicht ausreicht den Brenner zu beschädigen. Der Gasstrom drückt den Brenner von der Werkstückoberfläche, der Lichtbogen zündet und die Elektronik der Schweißstromquelle erhöht den Strom auf die für den Schnitt erforderliche Stärke. Durch die hohe Energiedichte des Lichtbogens schmilzt das Metall und wird durch einen Gasstrahl weggeblasen, wodurch die Schnittfuge entsteht. Als Gas zum Ausblasen wird häufig Druckluft verwendet. Für eine bessere Schnittfuge werden auch Schutzgasgemische eingesetzt, welche eine Oxidation verhindern oder abschwächen. Charakteristisch für Plasmaschneidfugen ist eine Abrundung der Kante an der Eintrittsstelle.

5. Plasmaschweißen

Beim Plasmaschweißen (Plasma-Metall-Inertgasschweißen, EN ISO 4063: Prozess 151) dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Plasma ist ein durch einen Lichtbogen hocherhitzes elektrisch leitendes Gas. Im Plasmabrenner wird durch Hochfrequenzimpulse das durchströmende Plasmagas (Argon) ionisiert und ein Hilfslichtbogen (Pilotlichtbogen) gezündet. Dieser brennt zwischen der negativ gepolten Wolframelektrode und der als Düse ausgebildeten Anode und ionisiert die Gassäule zwischen Düse und plusgepoltem Werkstück. Ein berührungsloses Zünden des Lichtbogens ist dadurch möglich. Als Plasmagas sind Gasgemische aus Argon und Wasserstoff bzw. Argon und Helium gebräuchlich die die Schmelze vor Oxidation schützt und den Lichtbogen stabilisieren. Die geringfügigen Beimischungen von Helium oder Wasserstoff, verstärken den Einbrand und erhöhen dadurch die Schweißgeschwindigkeit. Die Einengung des Plasmas durch die wassergekühlte Kupferdüse zu einer fast zylindrischen Gassäule ergibt eine höhere Energiekonzentration als beim WIG-Schweißen, wodurch höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich sind. Der Verzug und die Spannungen sind daher geringer als beim WIG-Schweißen. Durch den noch bei geringsten Stromstärken (weniger als 1 A) stabil brennenden Plasmalichtbogen und die Unempfindlichkeit bei Abstandänderungen der Düse zum Werkstück wird das Verfahren auch in der Mikroschweißtechnik eingesetzt. Mit dem Mikroplasmaschweißverfahren (Schweißstrombereich 0,5-15 A) können Bleche mit 0,1 mm noch geschweißt werden. Das Plasma-Stichloch- oder -Schlüsselloch-Schweißen wird ab einer Blechdicke von 3 mm eingesetzt und kann in Abhängigkeit vom zu verschweißenden Werkstoff bis zu einer Dicke von 10 mm für das einlagige Schweißen ohne Nahtvorbereitung angewendet werden. Hauptanwendungsgebiete sind der Behälter- und Apparatebau, der Rohrleitungsbau und die Raumfahrt.

6. Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißverfahren, engl. TIG, EN ISO 4063: Prozess 141) stammt aus den USA und wurde dort 1936 unter dem Namen Argonarc-Schweißen bekannt. Erst Anfang der 1950er Jahre begann es sich auch in Europa durchzusetzen. In englischsprachigen Ländern heißt das Verfahren TIG oder auch GTAW. Dabei steht das TIG für Tungsten Inert-Gaswelding und GTAW für Gas Tungsten Arc Welding. In beiden Abkürzungen findet sich das Wort „Tungsten" wieder, dies ist der englische Begriff für Wolfram.

 

Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch eine Reihe von Vorteilen aus. In Verbindung mit dem WIG-Pulsschweißen und WIG-Wechselstromschweißen lässt sich jeder schmelzschweißgeeignete Werkstoff fügen. Beim WIG-Schweißen entstehen praktisch keine Schweißspritzer; die gesundheitliche Belastung durch Schweißrauche ist verhältnismäßig gering. Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweißens ist, dass nicht mit einer abschmelzenden Elektrode gearbeitet wird. Die Zugabe von Schweißzusatz und die Stromstärke sind deshalb entkoppelt. Der Schweißer kann seinen Schweißstrom optimal auf die Schweißaufgabe abstimmen und muss nur so viel Schweißzusatz zugeben, wie gerade erforderlich ist. Dies macht das Verfahren besonders geeignet zum Schweißen von Wurzellagen und zum Schweißen in Zwangslagen. Durch den verhältnismäßig geringen und kleinräumigen Wärmeeintrag ist der Schweißverzug der Werkstücke geringer als bei anderen Verfahren. Wegen der hohen Schweißnahtgüten wird das WIG-Verfahren bevorzugt dort eingesetzt, wo die Schweißgeschwindigkeiten gegenüber den Qualitätsanforderungen zurücktreten. Dies sind beispielsweise Anwendungen im Rohrleitungs- und Apparatebau im Kraftwerksbau oder der chemischen Industrie.

Die WIG-Schweißanlage besteht aus einer Stromquelle, die in den meisten Fällen auf Gleich- oder Wechselstromschweißen geschaltet werden kann, und einem Schweißbrenner, der mit der Stromquelle durch ein Schlauchpaket verbunden ist. Im Schlauchpaket befinden sich die Schweißstromleitung, die Schutzgaszuführung, die Steuerleitung und bei größeren Brennern der Zu- und Rücklauf des Kühlwassers.

 

Es gibt zwei Arten, den Lichtbogen zu zünden, die Kontakt- und die Hochfrequenzzündung.

  • Bei der historischen Kontaktzündung (Streich- oder Anreißzündung) wird ähnlich dem Elektrodenschweißen dieWolframelektrode kurz – gleich einem Streichholz - am Werkstück angestrichen und somit ein Kurzschluss erzeugt. Nach dem Abheben der Elektrode vom Werkstück brennt der Lichtbogen zwischen Wolframelektrode und Werkstück. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass bei jedem Zünden etwas Material von der Wolframelektrode hängenbleibt, das wegen der höheren Schmelztemperaturen des Wolframs als Fremdkörper im Schmelzbad zurückbleibt. Deshalb wurde häufig eine separate Kupferplatte, auf dem Werkstück liegend, zum Zünden verwendet.
  • Die Hochfrequenzzündung hat die Streichzündung praktisch vollständig ersetzt. Bei der Hochfrequenzzündung wird mit Hilfe eines Hochspannungsimpulsgenerators, der eine hohe Spannung auf die Wolframelektrode gibt, das Gas zwischen Elektrode und Werkstück ionisiert, wodurch der Lichtbogen gezündet wird. Der Hochspannungsimpulsgenerator hat eine ungefährliche Stromstärke.
  • Eine Variante der Kontaktzündung ist die Lift-Arc-Zündung. Die Elektrode wird direkt an der Schweißstelle auf dem Werkstück aufgesetzt. Es fließt ein geringer Strom, der nicht ausreicht, die Elektrode zu beschädigen. Beim Abheben des Brenners zündet der Plasmalichtbogen und die Elektronik der Schweißmaschine erhöht den Strom auf Schweißstromstärke. Vorteil dieser Methode ist das Vermeiden elektromagnetischer Störungen, die bei der Hochfrequenzzündung auftreten können.

  

Meist wird zum Schweißen das Edelgas Argon, seltener Helium oder ein Gemisch aus beiden Gasen eingesetzt. Dabei wird das verhältnismäßig teure Helium aufgrund seiner besseren Wärmeleitfähigkeit verwendet um die Wärmeeinbringung zu erhöhen. Bei austenitischen nichtrostenden Stählen können geringe Mengen an Wasserstoff im Schutzgas die Viskosität der Schmelze herabsetzen und die Schweißgeschwindigkeit steigern (es handelt sich dabei nicht mehr um ein inertes, sondern um reduzierendes Gas, siehe geplante Änderung der EN ISO 4063).

 

Das Schutzgas wird durch die Gasdüse zur Schweißstelle geleitet. Als Faustregel gilt: Gasdüseninnendurchmesser = 1,5 × Schmelzbadbreite. Die Schutzgasmenge ist unter anderem von Nahtform, Werkstoff, Schweißposition, Schutzgas und Düsendurchmesser abhängig; Informationen dazu lassen sich den Datenblättern der Hersteller entnehmen.

 

Beim WIG-Schweißen kann sowohl mit als auch ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet werden. Zum manuellen Schweißen werden wie beim Gasschmelzschweißen meist stabförmige Zusätze verwendet. Verwechselungen mit den Gasschweißstäben müssen allerdings unbedingt vermieden werden, da die chemischen Zusammensetzungen voneinander abweichen.

 

Bei der WIG-Schweißung unterscheidet man Gleich- und Wechselstromschweißen. Das Gleichstromschweißen mit negativ gepolter Elektrode wird zum Schweißen von Stählen aller Art, NE-Metallen und deren Legierungen eingesetzt. Demgegenüber wird das Wechselstromschweißen vorwiegend zum Schweißen der Leichtmetalle Aluminium und Magnesium eingesetzt. In Sonderfällen werden Leichtmetalle auch mit Gleichstrom und mit einer positiven Elektrode geschweißt. Dabei werden Spezialschweißbrenner mit einer sehr dicken Wolframelektrode und Helium als Schutzgas verwendet. Nötig ist die Pluspolung der Wolframelektrode bei Leichtmetallen, da diese zumeist eine harte Oxidschicht mit sehr hohem Schmelzpunkt (wie bei Aluminiumoxid, Magnesiumoxid) auf ihrer Oberfläche bilden. Diese Oxidschicht wird bei einer Minuspolung des Werkstücks aufgebrochen, da das Werkstück nun als Elektronen emittierender Pol fungiert und negative Sauerstoffionen abgeführt werden.

 

Die BGI 746 (Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)) enthält Hinweise zum sicheren Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden für das Wolfram-Inertgasschweißen und beschreibt die notwendigen Schutzmaßnahmen, die ergriffen werden müssen, um mögliche Gefährdungen durch Umgang mit diesen Elektroden auszuschließen oder auf ein vertretbares Maß zu minimieren. Nötig ist dies wegen einer geringen Radioaktivität desThoriums und der gesundheitschädigen Stäube des Schwermetalls. Aufgrund der Verfügbarkeit von mit Lanthan oder seltenen Erden legierten Wolframelektroden kann heute auf den Einsatz von thoriumlegierten Wolframelektroden verzichtet werden.

6. a) WIG-Impulsschweißen

Eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens ist das Schweißen mit pulsierendem Strom. Beim WIG-Impulsschweißen pulsiert der Schweißstrom zwischen einem Grund- und Impulsstrom mit variablen Frequenzen, Grund- und Impulsstromhöhen und -breiten. Die Pulsfrequenz, die Impulsbreite und die Impulshöhe sind getrennt voneinander einstellbar. Das WIG-Pulsen mit variablem Stromverlauf kann nur mit einer besonderen Schweißanlage (Schweißinverter) durchgeführt werden. Die fein dosierbare Wärmeeinbringung beim WIG-Impulsschweißen ermöglicht eine gute Spaltüberbrückung, eine gute Wurzelschweißung und ein gutes Schweißen in Zwangslagen. Schweißnahtfehler am Nahtanfang und Nahtende, wie beim Rohrschweißen, werden vermieden.

 

Bei allen Beschreibungen handelt es sich um manuelles oder teilmechanisiertes WIG-Schweißen mit Zusatzwerkstoff vorwiegend ø 1,6 mm. Beim Impulsschweißen von Leichtmetallen (namentlich: AA6061) kann ein Anschmelzen an der Oberfläche erzielt werden und somit bei dünnen Blechen <1.0 mm Durchschmelzungen verhindert werden. Vor allem bei Kehlnähten wird die Ecke eher erfasst als beim Standardschweißen mit konstantem Strom. Es wurden auch Bleche mit einer Dicke von 0,6 mm einwandfrei stumpfgeschweißt, da die Stabilität des Lichtbogens sowie die konzentrierte Wärmeeinbringung ein kleines definiertes Schmelzbad erlauben. Das Heften stellt das Hauptproblem dar, wenn ein Spalt vorhanden ist und so wurzelseitig Sauerstoff Zutritt hat. Der Einfluss der Wolframelektrodenlegierung und die Zusammensetzung des Schutzgases ist wichtig; diese Parameter beeinflussen den Prozess wesentlich.

7. Zweck des Schweißens

Bei der Begriffsbestimmung wird nach dem Zweck des Schweißens zwischen der Verbindungs- und Auftragschweißung unterschieden. Verbindungsschweißen ist das Zusammenfügen (DIN 8580) von Werkstücken, beispielsweise mit einer Rohrlängsnaht. Auftragschweißen ist das Beschichten (DIN 8580) eines Werkstückes durch Schweißen. Sind der Grund- und der Auftragwerkstoff unterschiedlich, wird unterschieden zwischen Auftragschweißen von Panzerungen, Plattierungen und Pufferschichten.

 

Schmelzschweißen ist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss, ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne gleichartigem Schweißzusatz (ISO 857-1). Im Gegensatz zum Löten wird dabei die Liquidustemperatur der Grundwerkstoffe überschritten. Prinzipiell können alle Materialien, die in die schmelzflüssige Phase überführbar sind, durch Schweißen verbunden werden. Häufigste Anwendung findet das Schweißen bei der stoffschlüssigenVerbindung von Metallen, Thermoplasten oder auch beim Glas sowohl bei Gebrauchsprodukten, als auch zur Verbindung von Glasfasern in der Nachrichtentechnik. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren mit einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt, beim Reibverschweißen auch flächig. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt. Der Begriff Bahnschweißen wird bei Verwendung von Robotern für das automatisierte Schweißen verwendet.

7. a) Einfluss der Schweißung auf den Grundwerkstoff

Der Grundwerkstoff kann durch die Schweißwärme und die anschließende verhältnismäßig schnelle Abkühlung nachteilige Eigenschaften aufweisen. Abhängig vom Werkstoff und der Abkühlprozesse können beispielsweise eine Aufhärtung oder Versprödung verursacht werden. Darüber hinaus können hohe Eigenspannungen im Übergang der Schweißnaht zum Grundwerkstoff entstehen. Dem kann durch eine Vielzahl von Gegenmaßnahmen in der Fertigung begegnet werden. Dazu zählen schweißtechnische Maßnahmen, wie zum Beispiel die Auswahl geeigneter Schweißverfahren, Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißnaht-Nachbehandlungsverfahren, Vorwärmung des Werkstücks ebenso wie konstruktive- und fertigungstechnische Maßnahmen, beispielsweise die richtige Schweiß- und damit Zusammenbaufolge, Auswahl geeigneter Nahtformen und, sofern Wahlmöglichkeit vorhanden, die Auswahl des richtigen Grundwerkstoffs.

7. b) Lebensdauerverlängerung durch Nachbehandlungsmethoden

Die Betriebsfestigkeit und Lebensdauer dynamisch belasteter, geschweißter Stahlkonstruktionen wird in vielen Fällen durch die Schweißnähte, insbesondere die Schweißnahtübergänge bestimmt. Durch gezielte Nachbehandlung der Übergänge durch Schleifen, Strahlen, Kugelstrahlen, hochfrequentes Hämmern, etc. kann die Lebensdauer mit einfachen Mitteln bei vielen Konstruktionen erheblich gesteigert werden.

7. c) Schweißeignung des Stahls

Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % gelten nur noch als bedingt schweißbar, es sind zusätzliche Maßnahmen wie beispielsweise das Vorwärmen erforderlich. Der Kohlenstoffgehalt des Stahls alleine macht jedoch keine Aussage über die Schweißbarkeit, da diese auch von vielen anderen Legierungselementen beeinflusst wird. Zur Beurteilung wird daher das Kohlenstoffäquivalent (CEV) berücksichtigt. Bei vielen Bauteilen sind, abhängig von Konstruktion und Werkstoff, zur Vermeidung von Rissbildung und Brüchen (Terrassenbrüche), Zusatzmaßnahmen erforderlich, Vorwärmen oder langsames Abkühlen, Spannungsarmglühen oder Pufferschweißungen. Im Allgemeinen sind hoch- oder höherlegierte Stähle schwieriger schweißbar und erfordern besonderes Wissen und Kontrollen des Fertigers. In allen Unternehmen wird unter anderem auch deshalb, neben den zwingend erforderlichen geprüften Schweißern, eine verantwortliche Schweißaufsicht bestellt. Ohne Bestellung ist der Firmeninhaber automatisch haftende Schweißaufsicht. Ab der Klasse B muss speziell ausgebildetes Schweißfachpersonal, wie beispielsweise Schweißfachingenieur/-techniker/-mann eingesetzt werden, um die nötige fachtechnische Begleitung der Schweißarbeiten zu gewährleisten.

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