Einleitung
Das Schweißen gehört zu den bedeutendsten Verfahren der modernen Fertigungstechnik. Es ermöglicht, metallische oder thermoplastische Werkstoffe dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Ohne Schweißverfahren wäre die heutige Industrie, insbesondere der Maschinen- und Anlagenbau, die Automobilproduktion, der Rohrleitungsbau sowie die Luft- und Raumfahrttechnik, kaum denkbar.
Doch Schweißen ist nicht gleich Schweißen. Unter diesem Begriff verbergen sich zahlreiche Verfahren mit unterschiedlichen physikalischen Grundlagen, Energiequellen und Einsatzgebieten. Von klassischen Lichtbogenverfahren über Widerstandsschweißen bis hin zu modernen Laser- und Elektronenstrahlverfahren reicht das Spektrum.
In diesem Artikel wird das Thema Schweißverfahren in all seinen Facetten beleuchtet: von den Grundlagen über die wichtigsten Verfahren bis hin zu Qualitätssicherung, Automatisierung und Zukunftstrends.
1. Grundlagen des Schweißens
1.1 Definition und Ziel des Schweißens
Schweißen ist ein Fügeverfahren, bei dem Werkstoffe unter Wärmeeinfluss und/oder Druck stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Das Ziel ist es, eine dauerhafte Verbindung zu schaffen, deren Festigkeit den Anforderungen des jeweiligen Bauteils entspricht.
Beim Schweißen entsteht im Gegensatz zu mechanischen Fügeverfahren (z. B. Schrauben, Nieten) keine trennbare Verbindung. Dadurch können Konstruktionen leichter, kompakter und stabiler ausgelegt werden.
1.2 Einteilung der Schweißverfahren
Die Norm DIN EN ISO 4063 unterteilt Schweißverfahren nach der physikalischen Art der Energieeinbringung in verschiedene Hauptgruppen:
- Schmelzschweißverfahren – das Material wird durch Wärmeeinfluss aufgeschmolzen.
- Pressschweißverfahren – die Verbindung erfolgt durch Druck, meist ohne Schmelzen.
- Löten und artverwandte Verfahren – Verbindung durch Zusatzwerkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt.
- Klebeschweißen (bei Kunststoffen) – thermisches oder chemisches Fügen mit Kunststoffen.
1.3 Energiequellen beim Schweißen
Je nach Verfahren kann die notwendige Wärmeenergie auf verschiedene Weise erzeugt werden:
- Elektrischer Strom (z. B. Lichtbogen, Widerstand)
- Chemische Reaktion (z. B. Gasschweißen)
- Mechanische Energie (z. B. Reibschweißen, Ultraschallschweißen)
- Strahlungsenergie (z. B. Laser-, Elektronenstrahl)
2. Schmelzschweißverfahren
Beim Schmelzschweißen werden die Fügeflächen bis zum Schmelzpunkt erhitzt. Nach dem Erstarren entsteht eine stoffschlüssige Verbindung. In vielen Fällen wird zusätzlich ein Schweißzusatzwerkstoff verwendet.
2.1 Lichtbogenhandschweißen (E-Hand-Schweißen)
Das Lichtbogenhandschweißen ist eines der ältesten und flexibelsten Schweißverfahren. Es wird von Hand ausgeführt und kommt besonders in der Montage und im Rohrleitungsbau zum Einsatz.
Verfahrensprinzip:
Zwischen der mit einer Umhüllung versehenen Elektrode und dem Werkstück entsteht ein Lichtbogen. Die Umhüllung schmilzt, bildet Schlacke und Gase, die das Schmelzbad schützen.
Vorteile:
- Einfach und robust
- Geringe Anschaffungskosten
- Unabhängig von Gasflaschen
Nachteile:
- Relativ geringe Abschmelzleistung
- Erfordert Erfahrung und Geschicklichkeit
2.2 Metall-Schutzgasschweißen (MSG-Schweißen)
Das Metall-Schutzgasschweißen ist in der Industrie das am häufigsten verwendete Verfahren. Man unterscheidet:
- MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas) – z. B. mit CO₂ oder Argon-Mischgas
- MIG-Schweißen (Metall-Inertgas) – z. B. mit Argon oder Helium
Prinzip:
Ein kontinuierlich zugeführter Draht dient als Elektrode und Zusatzwerkstoff. Das Schutzgas verhindert den Kontakt des Schmelzbades mit der Luft.
Vorteile:
- Hohe Abschmelzleistung
- Automatisierbar (z. B. Roboterschweißen)
- Geringe Nacharbeit
Nachteile:
- Empfindlich gegenüber Zugluft
- Schutzgasversorgung notwendig
2.3 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen)
Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück.
Einsatzgebiete:
Dünnbleche, Edelstahl, Aluminium, Titan.
Vorteile:
- Sehr hohe Nahtqualität
- Saubere, spritzerfreie Nähte
- Gute Kontrolle des Schweißbads
Nachteile:
- Geringe Schweißgeschwindigkeit
- Höherer Aufwand und Kosten
2.4 Unterpulverschweißen (UP-Schweißen)
Dieses Verfahren eignet sich besonders für dickwandige Bauteile.
Prinzip:
Der Lichtbogen brennt unter einer Schicht aus körnigem Pulver. Das Pulver schmilzt teilweise und schützt das Schmelzbad.
Vorteile:
- Sehr hohe Abschmelzleistung
- Kaum Spritzerbildung
- Automatisierbar
Nachteile:
- Nur in horizontaler Lage anwendbar
- Teure Anlagen
2.5 Plasmaschweißen
Das Plasmaschweißen ist eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens. Der Lichtbogen wird durch eine enge Düse fokussiert und erreicht extrem hohe Temperaturen.
Vorteile:
- Präzise Energieeinbringung
- Hoher Einbrand
- Geeignet für automatisierte Systeme
Nachteile:
- Komplexe Ausrüstung
- Hohe Kosten
2.6 Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen)
Beim Autogenschweißen wird ein Brenngas (z. B. Acetylen) mit Sauerstoff verbrannt.
Vorteile:
- Unabhängig von Stromversorgung
- Gut für Reparaturen und Montagearbeiten
Nachteile:
- Niedrige Schweißgeschwindigkeit
- Größerer Wärmeeintrag → höhere Verformung
3. Pressschweißverfahren
Bei diesen Verfahren wird die Verbindung durch Druck hergestellt, manchmal unter zusätzlicher Wärmeeinwirkung.
3.1 Widerstandspunktschweißen
Prinzip:
Zwei überlappende Bleche werden zwischen Elektroden gepresst. Durch elektrischen Strom entsteht Wärme, die die Bleche lokal verschmilzt.
Einsatzgebiete:
Karosseriebau, Haushaltsgeräte, Blechverarbeitung.
Vorteile:
- Sehr kurze Schweißzeiten
- Automatisierbar
- Kein Zusatzwerkstoff
Nachteile:
- Nur für dünne Bleche geeignet
- Begrenzte Geometrie
3.2 Reibschweißen
Beim Reibschweißen werden die Fügeflächen durch Reibung erwärmt und unter Druck verbunden.
Varianten:
- Rotationsreibschweißen
- Lineares Reibschweißen
- Rührreibschweißen (Friction Stir Welding)