Fertigungstechnik und deren Verfahren – Teil7

Fertigungstechnik – das Fertigungsverfahren Schweißen

Im Folgenden wirst du die Unterteilung der Schweißverfahren kennen lernen. Denn das Schweißen gehört zu den wichtigsten und am häufigsten genutzten Verfahren in der Fertigungstechnik.

Fertigungstechnik und deren Verfahren - im siebten Teil geht es um das Schweißen
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Grundsätzlich ist das Schweißen ein Fertigungsverfahren, das die dauerhafte Verbindung von mehreren, mindestens zwei, Materialien miteinander ermöglicht. Das Schweißen nach der relevanten Norm ISO 4063 gehört zur Hauptgruppe des Fügens. Die verschiedenen Werkstücke verbindest du mittels enormer Kraft und Hitzeeinwirkung.

Die Werkstücke werden miteinander verschmolzen. Doch Schweißen ist nicht gleich Schweißen – denn es gibt unterschiedliche Schweißverfahren, die anhand des Werkstoffs, der Technik oder des Energieaufwands unterschieden werden.

Die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens

Bevor du allerdings die unterschiedlichen Schweißverfahren erläutert bekommst, stellt sich die Frage, wie die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens erfolgt. Dabei ist es grundsätzlich wichtig, zu wissen, dass die Schweißverfahren anhand diverser Kriterien aufgeteilt sind.

Diese sind auch bedeutsam für die Auswahl des richtigen Verfahrens. Denn Werkstoff, Energieeinsatz, Technik und Zweck sind die entscheidenden Faktoren, um das richtige Schweißverfahren zu finden. Darüber hinaus sind auch selbstverständlich, Qualitätsansprüche und Kosten bei der Auswahl des Verfahrens zu berücksichtigen. Genauso spielen der zu erwartende Zeitaufwand und die erforderlichen Stückzahlen eine signifikante Rolle.

Die grundlegende Unterscheidung des Schweißverfahrens

Eine wichtige Unterteilung erfolgt in Schmelz- und Pressschweißverfahren. Für diese Unterteilung ist der benötigte Kraftaufwand entscheidend. Denn beim Schmelzschweißverfahren benötigst du keine Kraft, um die Werkstücke miteinander zu verschmelzen. Vielmehr findet eine Aufschmelzung an den Fügeflächen der Werkstücke statt. Zusatzstoffe können dazu eingesetzt werden – zwingend ist dies aber nicht notwendig.

Anders ist dies beim Pressschweißverfahren. Für dieses Schweißverfahren wird Kraft bzw. Druck benötigt. Denn die beiden Fügeflächen werden nicht aufgeschmolzen. Vielmehr ist es erforderlich, dass die zu verbindenden Flächen aneinandergepresst werden. Zusammen mit lokaler Wärme entsteht dann eine dauerhafte Verbindung der Werkstücke.

Die unterschiedlichen Verfahren beim Schweißen

Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl an unterschiedlichen Schweißverfahren. Manche dieser Verfahren können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, während andere Verfahren lediglich für einen spezifischen Anwendungsfall entwickelt wurden.

Im Bereich der Schmelzschweißverfahren gibt es eine Menge unterschiedliche Verfahren, die weiter unterteilt werden können. Dies sind zum Beispiel

  • Thermit-Schweißen
  • Gasschweißen
  • Elektroschlackeschweißen
  • Strahlschweißen
  • Gießschmelzschweißen
  • Metalllichtbogenschweißen
  • Lichtbogenschweißen
  • Widerstandsschmelzschweißen
  • Unterpulverschweißen
  • Schutzgasschweißen

Doch auch bei den Pressschweißverfahren gibt es unzählige weitere Verfahrenstypen. Zu den Pressschweißverfahren zählen beispielsweise

  • Diffusionsschweißen
  • Gaspressschweißen
  • Kaltpressschweißen
  • Feuerschweißen
  • Reibschweißen
  • Widerstandsschweißen
  • Pressstumpfschweißen
  • Lichtbogenpressschweißen

Die Anwendungsgebiete von Schweißverfahren

Wie du siehst, gibt es eine enorme Auswahl an verschiedenen Schweißverfahren – sowohl im Bereich der Pressschweißverfahren als auch der Schmelzschweißverfahren. Doch in welchem Bereich kommen Schweißverfahren überhaupt zum Einsatz? Was sind die Anwendungsgebiete der Schweißverfahren und von Schweißen im Allgemeinen?

Grundsätzlich kommen Schweißverfahren in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Die Verfahren des Schutzgasschweißens werden am Häufigsten eingesetzt. Vor allem die Automobilindustrie und die Haushaltsindustrie benutzen Schweißverfahren nahezu täglich. Wer im Alltag beispielsweise öfters Zug fährt, könnte dies ohne den Einsatz von Schweißverfahren gar nicht.

Denn ein Beispiel für geschweißte Produkte sind die Bahnschienen, auf denen sich die Züge fortbewegen. Aber auch Rohre, Stangen und Karosseriebauteile von Autos sind ohne Schweißen nicht vorstellbar.

Du siehst, dass das Schweißen besonders im Metallbereich eingesetzt werden. Das Fertigungsverfahren gehört zu den Grundlagen jeder Metallausbildung.

Sicherheit beim Schweißen

Aufgrund des enormen Kraft- und/oder Hitzeeinsatzes musst du auch Sicherheits- und Arbeitsschutzmaßnahmen ergreifen. Denn bei den diversen Schweißverfahren gibt es unterschiedliche Gefahrenquellen, die ihrerseits beachtet werden müssen. Dies sind zum Beispiel die entstehende Hitze und der Funkenflug. Aufgrund der Gefahr von etwaigen Verletzungen sind Schutzanzüge Pflicht. Auch die UV-Strahlen bergen Gefahr für die visuelle Sehkraft. Aus diesem Grund solltest du beim Schweißen unbedingt eine Schutzbrille tragen.

Mit der richtigen Schutzausrüstung ist der Einsatz unterschiedlicher Schweißverfahren an einem bestenfalls trockenen und gut belüfteten Arbeitsplatz ohne Probleme möglich. Dann kannst du das Schweißen dazu benutzen, verschiedene Werkstücke dauerhaft miteinander zu verbinden.

Was hier auch erwähnt werden sollte ist, dass eine gute Ausbildung im Bereich des Schweißens ganz entscheidend zu einer hohen Sicherheit beiträgt. Denn es kann ja immer was passieren und je mehr Angestellte in über ihre Arbeit wissen, desto besser ist das auch für die Sicherheit. Zu empfehlen ist es also schon, qualifizierte Aus- und Weiterbildungen zu nutzen. Wenn dies nicht möglich bzw. der Fall ist, dann ist eine sehr gute Einarbeitung wichtig.

Die allgemeine Arbeitstechnik beim Schweißen

Auch wenn sich die verschiedenen Schweißverfahren in ihrer Handhabung und Arbeitstechnik teilweise deutlich voneinander unterscheiden, können einige Aspekte verallgemeinernd für alle Schweißverfahren herausgehoben werden.

Zunächst einmal ist die Reinheit der Werkstücke entscheidend, die du miteinander verbinden willst. Etwaige Farb- bzw. Rostrückstände müssen vor dem Schweißprozess entfernt worden sein.

Anschließend werden die Werkstücke an den Fügeflächen mit einer punktuellen Schweißnaht miteinander verbunden. Dies hat zwei Vorteile: Zum einen sind die Werkstücke nun bereits miteinander verbunden, sodass sich das Material und die Fügenaht nicht mehr verziehen. Trotz allem ist eine Bearbeitung noch möglich, da eine gewisse Flexibilität gegeben ist, wenn lediglich einige Punkte verschweißt sind.

Die entstehende Schlacke musst du anschließend wieder entfernen. Schlacke sind die Rückstände, die aufgrund des Schmelzverfahrens entstehen. Diese befinden sich dann auf dem Werkstück. Entweder ist es möglich, die Rückstände sorgfältig abzuschleifen oder sogar abzuklopfen.

Wenn die Rückstände von den Werkstücken entfernt sind, beginnt das Verschweißen der vollständigen Naht. Dabei ist es wichtig, auf die Stärke des Schweißstroms zu achten. Denn die Schweißnaht darf nicht durchschmelzen, muss aber dennoch richtig halten. Der richtige Mittelweg ist also gefragt. Mit einer festen und geraden Haltung kannst du bereits im Voraus etwaige Risse vermeiden.

Wie bei allen anderen Fertigungsverfahren ist auch beim Schweißen die Qualität der Werkstücke entscheidend. Egal ob beim industriellen Gebrauch oder im Privaten – die Werkstücke sollen qualitativ hochwertig sein. Aus diesem Grund steht an der letzten Stelle der Schweißverfahren die Qualitätssicherung. Nur mit Hilfe der Qualitätssicherung ist es möglich, zu überprüfen, ob die erforderliche Qualität erreicht wurde. Schweißer müssen dann überprüfen, ob die geschweißten Verbindungen festsitzen und keine Risse vorhanden sind.

In manchen Bereichen reicht eine visuelle Prüfung jedoch nicht aus. Das ist besonders in solchen Bereichen der Fall, wo sehr hohe Sicherheitsanforderungen gegeben sind. In diesen Bereichen wird dann auch zum Teil durch Röntgen usw. überprüft, ob die Schweißnaht den Anforderungen genügt.

Schweißeignung von Werkstoffen

Einen hohen Einfluss darauf wie und ob du das Verfahren des Schweißens anwenden kannst, hat der Werkstoff bzw. haben die Werkstoffe an sich. Nicht jedes Material ist schweißbar. Selbst wenn du den identischen Werkstoff hast, dieser aber eine etwas unterschiedliche Zusammensetzung hat, kann dieser mal mehr und mal weniger gut schweißbar sein. Ein Beispiel ist Stahl.

Es gibt verschiedene Arten von Stahl die mal mehr und mal weniger Kohlenstoff beinhalten je nachdem wie die Zusammensetzung ist, ist auch die Schweißbarkeit.  

Bei Wikipedia (26.01.2019) heißt es dazu: Schweißeignung ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Schweißbarkeit eines Bauteils und bezieht sich auf die technologisch bedeutsame Werkstoffeigenschaft, eine untrennbare Verbindung mit einem anderen oder demselben Werkstoff bei Anwendung eines Schweißverfahrens einzugehen.

„Schweißeignung ist vorhanden, wenn unter Beachtung qualitativer und wirtschaftlicher Gesichtspunkte eine den Anforderungen genügende Punktschweißung hergestellt werden kann.“ Die EN ISO 18278-1 definiert Schweißeignung.

3 Faktoren für die Schweißeignung

Doch welche Faktoren haben darauf Einfluss? Nun der erste Faktor ist, dass überhaupt eine Verbindung durch das Schweißen hergestellt werden kann. Ein krasses Beispiel dafür ist Holz. Wenn du Holz mit einem Elektroschweißverfahren oder Gasschmelzverfahren verbinden möchtest, ist das eher nicht möglich. Anders sieht es mit Metallen oder auch mit Kunststoff aus. Doch auch bei Metallen oder Kunststoff lässt sich nicht alles leicht oder überhaupt schweißen.

Ebenfalls ein wichtiger Faktor ist die Fähigkeit die Schweißverbindung fortlaufend zu halten. Denn wenn eine Schweißverbindung vielleicht nur kurze Zeit hält bringt das kaum etwas. Was bringt es, wenn das neue Werk durch schweißen rostet, sich verändert oder im Gebrauch leicht wieder zerstört werden kann? Genau deshalb wird die Schweißbarkeit bzw. Schweißeignung auch daran gemessen, dass diese langfristig sicher bestehen bleibt.

Ein dritter Faktor, der beim zweiten Faktor schon angedeutet wurde ist, dass die Schweißung durch Einflüsse nicht beschädigt wird bzw. nicht leicht beschädigt werden kann. Wenn du zwei Stahlstücke miteinander verschweißt und diese mit einem Hammer schnell wieder zu trennen sind, ist das nicht gut und in aller Regel nicht gewünscht. Eine gute Schweißverbindung hält, wenn nicht anders gewünscht großen Belastungen stand.

Welche Werkstoffe sind schweißbar

Werkstoffe, die relativ leicht zu verschweißen sind, sind also hauptsächlich Metalle. Neben Metallen lassen sich auch Kunststoffe und Glas verschweißen.

Für Stahl wird dabei häufig das Elektroschweißen, aber auch Gasschweißen je nach dem mit WIG, MAG oder MIG verwendet. Mit WIG, MAG oder MIG sind die jeweiligen Arten des Gasschweißens gemeint:

  • WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen)
  • MAG (Metall-Aktivgas-Schweißen)
  • MIG (Metall-Inertgas-Schweißen)

Wenn wir nun beim Stahl bleiben ist noch zu erwähnen, dass die Schweißbarkeit von Stahl von zwei Faktoren abhängig ist, nämlich:

  • vom Kohlenstoffgehalt
  • von der Abkühlgeschwindigkeit

Achtung: Wenn ein Stahl einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % hat, dann ist dieser nur noch bedingt zum Schweißen geeignet.

Was du diesbezüglich auch wissen solltest ist, dass durch das Schweißen hohe Temperaturen erreicht werden. Dadurch verändern sich bei Werkstoffen, je nachdem welches verwendet wird die chemischen Eigenschaften. Dies kann, muss aber nicht zu unangenehmen Nebenwirkungen führen.

So kann dein Werkstück dadurch vielleicht sehr schnell rosten oder es kann zum Bruch kommen. Es kann auch sein, dass dadurch die Festigkeit usw. nicht mehr gegeben ist. Daher ist es extrem wichtig, dass sowohl das richtige Material, als auch das richtige Schweißverfahren gewählt wird.

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