Verständnis verschiedener Schweißverfahren und ihrer Anwendungen

Schweißen ist ein entscheidender Prozess in zahlreichen Branchen – von der Fertigung über das Bauwesen und die Automobilindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Aufgrund seiner vielfältigen Anwendungen ist es wichtig, die verschiedenen Schweißverfahren und ihre Einsatzbereiche zu verstehen, um den besten Ansatz für ein bestimmtes Projekt zu wählen.

Ganz gleich, ob du als Einsteiger das Schweißen entdecken oder als Fachkraft deine Fähigkeiten verbessern möchtest – es ist wichtig zu verstehen, wie sich die einzelnen Schweißtechniken hinsichtlich Materialien, Ausrüstung und Endergebnis unterscheiden.

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die gängigsten Schweißverfahren, ihre besonderen Merkmale und die Einsatzbereiche, in denen jede Methode ihre Stärken ausspielt.

1. Metall-Schutzgasschweißen (GMAW/MIG)

Das Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) ist allgemein als MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen) bekannt. Dieses Schweißverfahren ist wegen seiner Vielseitigkeit, Geschwindigkeit und der hohen Schweißnahtqualität äußerst beliebt.

MIG-Schweißen ist ein Verfahren des Lichtbogenschweißens. Es wird eine MIG-Schweißpistole verwendet, in der ein Metalldrahtelektrode mithilfe eines Motors zugeführt wird. Es wird eine geeignete Drahtspule verwendet, die in verschiedenen Durchmessern oder Stärken erhältlich ist und je nach Anwendung ausgewählt wird.

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Funktionsprinzip und Ablauf

Der Lichtbogen entsteht zwischen dem Metalldrahtelektroden und dem Werkstück. Die Materialtemperatur steigt, und es bildet sich ein Schmelzbad. Der Draht wird dabei verbraucht, um die Lücke zwischen den Werkstücken zu füllen und eine perfekte Schweißnaht zu erzeugen.

Beim MIG-Schweißen wird zusätzlich ein Schutzgas verwendet. Der Schlauch ist mit der MIG-Schweißpistole verbunden. Es kann sich um ein Gemisch aus 75 % Argon und 25 % CO₂, 100 % CO₂ oder ein anderes geeignetes Inertgas oder Gemisch handeln. Seine Aufgabe ist es, das Schmelzbad vor Verunreinigungen aus der Luft zu schützen.

Der Draht oder die MIG-Pistole ist üblicherweise der Pluspol, während das Werkstück oder der Schweißtisch als Minuspol fungiert. Wenn diese beiden Pole verbunden sind, entsteht ein Lichtbogen, der die Temperatur des Metalls schnell erhöht und es verflüssigt.

Beim MIG-Schweißen werden zwei Hauptvariablen kontrolliert: Spannung und Drahtvorschubgeschwindigkeit (WFS). Der Schweißer muss die geeigneten Werte je nach Material, Dicke, Drahtdurchmesser und weiteren Faktoren einstellen.

In der Regel stellen MIG-Schweißgerätehersteller eine Tabelle zur Verfügung, um den Prozess zu erleichtern.

Wann und warum MIG-Schweißen wählen?

MIG-Schweißen ist eine der einfachsten Schweißarten und eine gute Wahl für Einsteiger. Es erfordert nur eine Hand, der Draht wird automatisch zugeführt, und die Steuerung ist äußerst einfach.

Schweißer müssen Arbeitsabstand, Pistolenwinkel, Ziehwinkel und Geschwindigkeit beherrschen, um exzellente Schweißnähte zu erzielen – das alles kommt mit Erfahrung.

Es eignet sich hervorragend zum Verbinden verschiedener Materialien wie Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Baustahl, Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan, Bronze und Magnesium.

Die Geschwindigkeit des MIG-Schweißens ist beeindruckend, weshalb es in der industriellen Fertigung zur Produktivitätssteigerung eingesetzt wird. Es spart Zeit ohne Qualitätseinbußen und lässt sich mit Roboterarmen automatisieren.

Die Schweißnahtqualität ist hervorragend – ideal für das Schweißen dünner Bleche und kleiner Werkstücke. Es verbindet Metalle hervorragend, mit minimalem Nachbearbeitungsaufwand. Häufige Anwendungsbereiche des MIG-Schweißens sind das Verbinden von Blech, Karosseriebau, Metallverarbeitung, Bauwesen, Schiffbau und Reparaturen.

Einschränkungen

Wenn du dicke Metalle verbinden möchtest, ist MIG nicht die richtige Wahl. Außerdem kann MIG-Schweißen wegen des Winds nicht im Freien durchgeführt werden. Der Wind bläst das Schutzgas weg und beeinträchtigt die Schweißnahtqualität.

Flache Oberflächen lassen sich mit MIG gut schweißen, aber bei vertikalen oder Über-Kopf-Schweißungen funktioniert MIG wegen des Schmelzbads nicht.

Nicht zuletzt sind die Gaskosten zu nennen, die den Prozess etwas teurer machen.

2. Abschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW)

Abschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW), allgemein bekannt als Elektrodenschweißen. Es ist ebenfalls eine Art des Lichtbogenschweißens, genauer gesagt manuelles Lichtbogenschweißen. Es ist die am häufigsten verwendete Schweißmethode, da sie günstig, einfach und tragbar ist. Sie ist eine ausgezeichnete Wahl für DIY-Aufgaben, Schweißen im Freien und einfache Arbeiten.

Es gibt ein einfaches SMAW-Laserschweißgerät, das kompakt und leicht zu transportieren ist. Eine Elektrodenhalterung wird verwendet, um die abschmelzbare Elektrode zu halten. Der Stab oder die Elektrode hat eine Umhüllung namens Flussmittel, die den Schweißprozess unterstützt.

Es wird manuelles Lichtbogenschweißen genannt, weil es ein vollständig manueller Prozess ist. Der Schweißer ist verantwortlich für die Kontrolle der Schweißgeschwindigkeit, der Lichtbogenlänge und des Elektrodenwinkels.

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 Funktionsprinzip und Prozess

Der Schweißstabhalter ist mit einem Anschluss des Laserschweißgeräts verbunden – entweder negativ, positiv oder Wechselstrom – je nach Art der Elektrode, des Schweißmaterials usw. Der zweite Anschluss ist mit dem Werkstück verbunden.

Der Stabhalter hält die Elektrode bzw. den Stab, sodass dieser Strom leiten kann. Wenn der Stab mit dem Werkstück in Kontakt kommt, entsteht ein Lichtbogen. Dieser Bogen erhitzt das Metall bis zum Schmelzpunkt und bildet ein Schmelzbad.

Der Stab wird während des Schweißvorgangs ebenfalls verbraucht. Er dient als Füllmaterial und füllt den entstandenen Spalt. Die Beschichtung des Stabs wird ebenfalls verbraucht – ein Teil davon wird in Gase umgewandelt, die den Lichtbogen abschirmen und stabilisieren.

Der Rest wird in eine Schlackeschicht umgewandelt, die sich über das Schmelzbad legt. Diese schützt die Schweißnaht vor Verunreinigungen und formt sie.

Das Schmelzbad verfestigt sich, wenn der Stabhalter weiterbewegt wird. Nach dem vollständigen Abkühlen wird die Schlacke entfernt.

Wann und warum Lichtbogenhandschweißen wählen?

Mit dem Lichtbogenhandschweißen kannst du alle eisenhaltigen Materialien schweißen – z. B. Gusseisen, Edelstahl und Kohlenstoffstahl. Es eignet sich auch für Nichteisenmetalle wie Nickel, Kupfer und Aluminium.

Das Lichtbogenhandschweißen ist ein unkomplizierter Prozess. Der Schweißer wählt die passende Spannung und Stromstärke entsprechend dem Werkstück – die Qualität hängt stark von der Fähigkeit des Schweißers ab.

Es wird in vielen Bereichen eingesetzt und kann fast überall verwendet werden. Da es windunempfindlich ist, eignet es sich auch für den Außeneinsatz und kann in jeder Position schweißen – waagerecht, senkrecht oder über Kopf.

Für alltägliche Arbeiten bevorzugen Schweißer häufig das Lichtbogenhandschweißen. Es ist tragbar und überall einsetzbar – ideal für Haushaltsreparaturen. Der größte Vorteil: Es erfordert keine perfekt saubere Oberfläche, sondern schweißt sogar auf rostigem Material.

Es wird häufig in der Bauindustrie, im Schiffbau, bei Wartung und Reparaturen usw. eingesetzt.

Einschränkungen

Das Lichtbogenhandschweißen ist ein langsamer Prozess. Der Schweißer muss langsam arbeiten und die Elektrode häufig wechseln. Auch nach dem Schweißen ist umfangreiche Nachbearbeitung erforderlich. Die Schlacke auf der Schweißnaht wird mit Hämmern, Drahtbürsten und anderen mechanischen Mitteln entfernt.

Die Schweißnahtqualität ist nicht so gut wie bei anderen Verfahren. Sie ist nicht glatt, es können Löcher und Risse entstehen. Zudem ist die Naht weniger haltbar und daher nicht für anspruchsvolle Anwendungen geeignet.

Das Lichtbogenhandschweißen eignet sich nicht für dünne Materialien – es kann sie durchbrennen und Löcher verursachen. Auch die Auswahl an geeigneten Materialien ist begrenzt.

Eine weitere Herausforderung beim Lichtbogenhandschweißen ist, dass es wegen der Elektrolänge nicht in engen Räumen verwendet werden kann. Zudem erfordert der Umgang mit Rauch und Spritzern besondere Vorsicht.

3. Wolfram-Inertgasschweißen (GTAW/TIG)

Das Wolfram-Inertgasschweißen (TIG) bzw. GTAW ist eine Art Lichtbogenschweißen, bei dem eine nicht abschmelzende Wolframelektrode verwendet wird. Es wird für seine Vielseitigkeit und hervorragende Schweißqualität geschätzt.

Die Ausrüstung umfasst ein TIG-Laserschweißgerät, eine TIG-Schweißpistole und ein Füllmaterial. Die Pistole enthält einen langen Wolframdraht, der je nach Bedarf eingestellt werden kann.

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Funktionsprinzip und Prozess

Das Wolfram ist die nicht abschmelzende Elektrode. Wenn es sich dem Grundmaterial nähert, wird der Stromkreis geschlossen. Dabei entsteht ein Funke, der enorme Hitze erzeugt.

Das Material wird schnell verflüssigt. Die Hitze kann über die Schweißpistole oder ein Fußpedal reguliert und entsprechend dem Grundmaterial angepasst werden.

Ein Füllmaterial kann verwendet werden, um Lücken zu füllen, ist jedoch nicht immer notwendig. Der Schweißer hält die Pistole mit einer Hand und das Füllmaterial mit der anderen – somit sind beide Hände erforderlich.

Ein Schutzgas ist ebenfalls erforderlich, um das Schmelzbad zu schützen. Es verhindert Oxidation und schützt vor Verunreinigungen aus der Umgebungsluft.

Wann und warum TIG-Schweißen wählen?

TIG-Schweißen bietet eine außergewöhnlich hohe Schweißqualität. Es ermöglicht präzise Schweißungen und ist daher ideal für Anwendungen, bei denen das Aussehen wichtig ist. Die Naht ist nicht nur sauber, sondern auch sehr robust.

Es kann eine Vielzahl von Metallen schweißen, darunter Stahl, Aluminium, Kupfer, Gusseisen, Bronze, Messing, Magnesium, Nickel und verschiedene Legierungen. Es ist zweifellos das vielseitigste Schweißverfahren.

Es ist ideal für dünne Metalle. Man kann Bleche und filigrane Teile verbinden. Der Schweißer kann die Hitze sehr genau steuern – ideal für empfindliche Werkstücke.

TIG-Schweißen wird bei der Fertigung von Flugzeugteilen, Fahrzeugrahmen, Kunstskulpturen und feinen, komplexen Materialien eingesetzt.

Einschränkungen

TIG-Schweißen ist ein vergleichsweise langsamer Prozess. Der Schweißer muss langsam arbeiten und beide Hände benutzen. Eine hohe Fachkompetenz ist erforderlich, um perfekte Ergebnisse zu erzielen.

Es ist ein komplexes Verfahren, das für erfahrene und ausgebildete Schweißer geeignet ist. Für Heimwerker oder alltägliche Arbeiten ist es ungeeignet. Die Ausrüstung ist zudem sehr teuer.

Ein weiteres Problem beim TIG-Schweißen ist die Anfälligkeit für Verunreinigungen. Staub und Fett auf der Oberfläche können die Schweißung beeinträchtigen. Daher ist eine gründliche Reinigung unerlässlich.

4. Fülldraht-Lichtbogenschweißen (FCAW)

Das Fülldraht-Schweißen ähnelt in einigen Aspekten dem MIG-Schweißen. Es verwendet ebenfalls eine abschmelzende Drahtelektrode, jedoch in Röhrenform mit einem Flussmittelkern. Zudem gibt es einen Drahtvorschub, der den Draht in die FCAW-Schweißpistole führt.

FCAW lässt sich in zwei Typen unterteilen: selbstschützendes (FCAW-S) und gasschützendes Verfahren (FCAW-G). Beim ersten ist kein Schutzgas nötig – der Drahtkern reicht aus. Beim zweiten ist Schutzgas erforderlich.

In der Praxis meinen Schweißer mit FCAW meist das selbstschützende Verfahren.

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 Funktionsprinzip und Prozess

Beim FCAW-S (selbstschützendes Verfahren) kommt die Drahtelektrode mit dem Grundmaterial in Kontakt und erzeugt einen Funken. Die entstehende Hitze schmilzt das Metall und bildet ein Schmelzbad.

Die Drahtelektrode dient gleichzeitig als Füllmaterial. Sie füllt den Spalt und stärkt die Schweißnaht. Der innere Kern des Drahts enthält Flussmittel, das ebenfalls in das Schmelzbad gelangt. Das Flussmittel bildet eine Schlackeschicht über dem Schmelzbad und schützt es.

Sobald das Schmelzbad erstarrt ist, muss es gereinigt werden. Mit einem Hammer oder einer Drahtbürste wird die Schlacke entfernt, um die Schweißraupen freizulegen.

Während des Schweißens muss der Schweißer die Pistole leicht oszillieren, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Dadurch wird die Schweißraupe breiter und die Abschmelzleistung erhöht.

Wann und warum FCAW-Schweißen wählen?

FCAW ist eine hervorragende Wahl, wenn eine starke Schweißnaht erforderlich ist. Es hat eine sehr hohe Abschmelzrate und bringt viel Füllmaterial in das Schmelzbad ein – dadurch wird die Naht stabiler und der Schweißvorgang schneller.

FCAW-S kann auch bei Wind verwendet werden. Da kein Schutzgas nötig ist, eignet es sich hervorragend für den Außeneinsatz.

Es kann viele Metalle schweißen, darunter Gusseisen, Edelstahl, Kohlenstoffstahl und Nickellegierungen. Es wird hauptsächlich für dicke Materialien verwendet – z. B. im Stahlbau, Bauwesen, Rohrleitungsbau, bei schweren Maschinen und Fahrgestellen.

Einschränkungen

Wenn du nahtlose Schweißnähte benötigst, ist FCAW ungeeignet. Die hohe Abschmelzrate führt zu deutlich sichtbaren Nähten – die Optik leidet. Es ist auch nicht für dünne oder filigrane Werkstücke geeignet.

Ein großes Problem beim FCAW-Schweißen ist die starke Rauchentwicklung. Gute Belüftung ist zwingend nötig, sonst leidet die Gesundheit des Schweißers.

Und nicht zuletzt: Die Betriebskosten sind hoch. Der Drahtelektrode ist teuer – sogar teurer als beim MIG-Schweißen. Um Poren zu vermeiden, sind hervorragende Fähigkeiten erforderlich. Zudem können weniger Materialien geschweißt werden als bei MIG.

5. Laserschweißen

Das Laserschweißen unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Methoden. Es ist ein berührungsloses Schweißverfahren, bei dem eine Laserquelle Metalle und Thermoplaste verbindet.

Es nutzt eine leistungsstarke Laserquelle, die einen stark fokussierten Laserstrahl aussendet. Damit werden Materialien mit höchster Präzision und Genauigkeit verbunden – mit optisch ansprechenden Nähten.

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Funktionsprinzip und Prozess

Der Laserstrahl wird auf den Schweißbereich fokussiert. Da er auf einen winzigen Punkt konzentriert ist und eine extrem hohe Energiedichte besitzt, steigt die Temperatur sofort stark an. Es entsteht ein Schmelzbad im Metall.

Während sich der Laserstrahl weiterbewegt, beginnt das Schmelzbad hinter ihm zu erstarren. Nach dem Abkühlen entsteht eine starke metallurgische Verbindung.

Wann und warum Laserschweißen wählen?

Laserschweißen ist die genaueste und präziseste Schweißmethode überhaupt. Das liegt am stark fokussierten Laserstrahl, der selbst kleinste Bereiche bearbeiten kann – ideal für komplexe Schweißarbeiten.

Das Laserschweißen erfolgt mit unglaublicher Geschwindigkeit und schmilzt das Material nahezu sofort. Dadurch steigt die Produktivität, und Kundenanforderungen können schneller erfüllt werden. In manchen Branchen wird es von Robotern gesteuert.

Leistung, Geschwindigkeit, Frequenz und weitere Parameter lassen sich präzise steuern, um ästhetisch ansprechende Schweißnähte zu erzielen. Eine Nachbearbeitung ist nicht nötig – das spart Zeit, und die Naht ist stets sauber und glatt.

Der größte Vorteil: Der Laser wirkt nur auf den Schweißbereich, das umliegende Material bleibt unbeeinträchtigt. Die Wärmeeinflusszone ist minimal – es gibt keine Verformung oder Beschädigung angrenzender Bereiche.

Die Betriebskosten von Laserschweißgeräten sind gering. Es werden keine Verbrauchsmaterialien wie Elektroden oder Füllstoffe benötigt. Da der Laser auf einen kleinen Bereich wirkt und schnell arbeitet, ist der Energieverbrauch niedrig – allerdings sind die Anschaffungskosten hoch.

Laserschweißen eignet sich für viele Metalle wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Nickel, Magnesium, Titan, Gold und Silber sowie für Kunststoffe wie Acryl, Nylon, Polycarbonat (PC), Polyethylen und thermoplastisches Polyurethan (TPU).

Nahezu jedes Material, das geschmolzen und wieder erstarrt werden kann, lässt sich laserschweißen. Es ist somit eine extrem vielseitige Methode – unvergleichlich flexibel.

Häufige Anwendungen sind das Schweißen von Flugzeugen und Raumfahrzeugen, Karosserien, medizinischen Geräten, Elektronikkomponenten und Schmuck.

Einschränkungen

Die Anschaffungskosten für Lasermaschinen und Zubehör sind hoch – werden jedoch zunehmend erschwinglicher.

Die Eindringtiefe des Laserstrahls ist begrenzt – durch Leistung, Reflexion oder Plasmaeffekte. Tiefe Schweißnähte sind meist nicht möglich. Für dicke Materialien ist es daher ungeeignet.

Um Laserschweißen zu beherrschen, ist fundiertes Wissen erforderlich. Perfekte Schweißnähte erfordern große Fachkenntnis – entsprechend qualifizierte Fachkräfte sind schwer zu finden.

Das größte Problem beim Laserschweißen ist die Sicherheit. Es erfordert höchste Vorsicht. Reflektionen können den Bediener verletzen, Gegenstände beschädigen oder Brände verursachen. Die Anlage muss vollständig abgeschirmt und mit Schutzkleidung betrieben werden.

Fazit

Es gibt über ein Dutzend Schweißarten und Unterarten, doch diese fünf sind die Hauptmethoden und werden branchenübergreifend eingesetzt. Jede Methode hat ihre eigenen Merkmale, Vorteile und Grenzen.

Um eine hochwertige Schweißnaht zu erzielen, ist die Wahl des richtigen Verfahrens entscheidend. Wir haben die wichtigsten Methoden ausführlich erläutert und hoffen, dass dir dieser Leitfaden hilft, die Unterschiede und Anwendungen besser zu verstehen.