Lexikon / Wissenswertes

Einschaltdauer

Das Umwandeln der Netzspannung in Schweißspannung kann physikalisch nicht ohne Verluste durchgeführt werden. Dies steht im Zusammenhang mit dem Innenwiderstand des Leiters.

Das Verhältnis von Schweißdauer und Abkühlphase wird als Einschaltdauer (ED) bezeichnet. Die Einschaltdauer wird innerhalb einer Zyklusdauer von 10 Minuten (100%) ermittelt. Somit bedeutet eine Einschaltdauer von 60%, dass die Schweißzeit 6 Minuten (60%) und die Abkühlzeit 4 Minuten (40%) betragen. Diese Daten werden als Normmesswerte herangezogen, die zum Vergleich verschiedener Geräte dienen.

Die Ermittlung der Einschaltdauer erfolgt bei einer bestimmten Umgebungstemperatur, und zwar 40° C (Industriestandard). Einige Hersteller messen bei nur 20 oder 25°C und erreichen so relativ hohe Einschaltdauer-Werte. Achten Sie also unbedingt auf die Umgebungstemperatur von 40°C, denn 20 oder 25°C sind im Sommer schnell erreicht und die Maschine entsprechend schnell am Limit.

Grundsätzlich gilt: Je höher die Einschaltdauer und die Messtemperatur, um so geringer die Zwangspausen. Somit stellt die Einschaltdauer ein wesentliches Leistungsmerkmal eines Produktes aus der Schweißtechnik dar.

Lichtbogen - Gefahren und Vorkehrungen

Die beim Schweißen entstehenden Lichtbögen verursachen durch ihre Temperatur von mehreren tausend Grad eine enorme Helligkeit, welche eine ausgeprägte Blendung bewirkt. Weiterhin sendet ein Lichtbogen kurz- und langwellige Strahlen aus. Die kurzwelligen Ultraviolettstrahlen sind eine gerne unterschätzte Gefahr weil sie unsichtbar sind, die Haut verbrennen, und die Ursache für das Verblitzen der Augen sind. Die langwelligen Infrarotstrahlen (auch Wärmestrahlen genannt) können bei längerer Einwirkung den Feuerstar (Trübung der Augenlinse) hervorrufen.

Als Augenschutz sind für Schweißer Schutzausrüstungen nach DIN EN 175 mit Schweißerschutzfiltern nach DIN EN 169 zu verwenden.

Die bei den verschiedenen Schweißverfahren einzusetzenden Schutzstufen in Abhängigkeit der Stromstärke gehen aus der Tabelle aus DIN EN 169 Teil 1 hervor:

tabelle-schutzstufen_2

Wird mit verlängertem Lichtbogen geschweißt, ist die nächsthöhere Schutzstufe zu verwenden. Verspiegelte Gläser sind einzusetzen, wenn die Erwärmung durch Absorption verringert werden soll. Bei Schweißarbeiten über Kopf sind die Schweißerschutzfilter durch eine Vorsatzscheibe nach DIN 4647 Teil 6 zu schützen, da Einscheibenglas beim Auftreffen heißer Metallspritzer zerspringen kann. Eine Vorsatzscheibe ist jedoch generell zu empfehlen, da damit eine wesentlich erhöhte Lebensdauer des Schweißerschutzfilters erzielt werden kann.

Muß der Lichtbogen häufig gezündet werden (zum Beispiel bei kurzen Nähten und Heftschweißen), sind Schutzschirme mit Schweißerschutzfiltern nach DIN EN 379 eine Empfehlung - diese Filter dunkeln sich automatisch beim Zünden des Lichtbogens ab.

Schweißhelfer müssen ebenfalls ausreichend gegen Lichtbogenstrahlung geschützt sein. Soweit beim Helfen nicht direkt in den Lichtbogen gesehen werden muß, genügt es eine Schweißerbrille nach DIN EN 175 mit Sichtscheiben geringerer Schutzstufe zu tragen (z. B. 1,2 bis 4).

Beim Thema Ultraviolettstrahlen darf der Hautschutz nicht vernachlässigt werden. Die Haut würde sonst wie beim Sonnenbrand verbrennen. Beim Schweißen dürfen ungeschützte Körperteile keinesfalls zugelassen werden. Für den Körper reicht meist ein normaler Arbeitsanzug mit Lederschürze, die Hände sind durch Lederhandschuhe mit Stulpen geschützt. Verbesserten Schutz bietet spezielle Schweißerschutzkleidung (Hosen, Jacken) sowie z. B. Schweißergamaschen, Armschoner usw.

Durch Reflexion der Strahlung (beispielsweise bei besonders intensiven Lichtbögen) können auch nicht der direkten Strahlung ausgesetzte Körperteile geschädigt werden. Daher ist ein zusätzlicher Schutz des Nackens erforderlich.

Zum Schutz der Umgebung sind Arbeitsplätze nach Möglichkeit so abzuschirmen, daß auch weitere Personen gegen die Einwirkung der Strahlung geschützt sind. Hierzu bieten sich je nach Werkstück und Arbeitsplatz, Wände, Stellwände oder Schutzvorhänge an.

MIG-Löten

MIG-Löten (MSG-Löten) wird z. B. zur Verbindung aluminisierter oder verzinkter Bleche im Kfz-Bereich eingesetzt. 

Im Gegensatz zum MIG/MAG-Schweißen wo artgleiche oder artähnliche Schweißzusätze zum Einsatz kommen, verwendet man beim MIG-Löten Bronzedrähte. Der Schmelzbereich dieser Silizium-, Zinn- oder Aluminiumbronzen liegt nur unwesentlich über 1000°C. Durch diese niedrigere Schmelztemperatur entsteht nur minimaler Abbrand in der unmittelbaren Lötzone.

Die gelötete Naht bietet Vorteile wie

  • Sehr gute Verbindungsfestigkeit
  • Geringer Verzug
  • Hohe Korrosionsbeständigkeit
  • Minimale Spritzerbildung
  • Gute Spaltüberbrückbarkeit
  • Kathodische Schutzwirkung

Es wird eine stechende Brennerführung bevorzugt, die den Lichtbogen weniger auf den Grundwerkstoff sondern mehr auf das Schweißbad richtet.

Beim MIG-Löten kommen inerte Gase zum Einsatz. Standard ist hier reines Argon.

MIG/MAG-Schweißen

Der elektrische Lichtbogen brennt beim MIG/MAG-Schweißen unter einer Schutzgasabdeckung zwischen dem abschmelzenden, automatisch zugeführten Schweißdraht und dem Werkstück. Das Gas schützt dabei das flüssige Metall vor dem Einfluss der umgebenden Außenatmosphäre, wodurch die Schweißnaht geschwächt würde.

Hochlegierte Stähle und Werkstoffe wie z. B. Magnesium, Aluminium sowie Nickelbasis-Werkstoffe werden mit inerten (reaktionsträgen) Gasen wie zum Beispiel Argon verschweißt. In diesen Fällen spricht man vom MIG-Schweißen (MIG = Metall-Inert-Gas).

Unlegierte sowie legierte Stähle werden bevorzugt mit dem MAG-Verfahren (MAG = Metall-Aktiv-Gas) verschweißt. Hier kommen chemisch aktive Gase (zum Beispiel ein Gas aus der Gruppe M21) zum Einsatz. Aktive Schutzgase reagieren beim Schweißprozess und können so zum Beispiel Lichtbogenstabilität, Einbrand, Tropfenübergang und Nahtoberfläche beeinflußen.

Das MIG/MAG-Verfahren kann per Hand oder automatisiert eingesetzt werden. Es eignet sich zum Verbinden dünner Bleche ebenso wie zum Verschweißen großer Materialstärken über 15 Millimeter.

Die erheblichen Vorteile wie hohe Schweißgeschwindigkeit, wenig Verzug und Nacharbeit sowie hohe Festigkeit der Schweißnaht machen MIG/MAG-Schweißen zum meist angewendeten Schweißverfahren.

Plasmaschneiden

Plasmaschneiden zählt zu den wirtschaftlichsten Verfahren zum Trennen von Stahl.

Beim Plasmaschneiden brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück. Die zugeführte Druckluft wird durch eine Schneiddüse zusätzlich eingeschnürt, dies erhöht die Intensität und Stabilität des Lichtbogens enorm. Im Plasmaschneidbrenner ensteht durch die Einschnürung ein hocherhitztes Gas mit hohem Energiegehalt - dessen elektrische Energie wird direkt in Wärme umgesetzt. Dieses ionisierte Gas, daß den Lichtbogen auf das Werkstück überträgt, bezeichnet man als Plasma.

Mit Hilfe dieses Verfahrens können mit einem Plasmaschneidgerät Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing und Guss geschnitten werden.

Aufgrund der großen Energiedichte können hohe Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden. Weiterer Vorteil: Plasmaschneider sind dank Druckluft als Schneidgas besonders einfach zu handhaben und wirtschaftlich im laufenden Betrieb.

Die Schnittqualität ist grundsätzlich gut, hängt aber von Faktoren wie Material bzw. Materialstärke, Stromeinstellung, Brenner- und Gerätetyp, Düsenzustand, (konstanter und korrekter) Schneidgeschwindigkeit und nicht zuletzt von der Erfahrung des Anwenders ab. Plasmaschneiden mit Druckluft als Schneidgas ist qualitativ jedoch keinesfalls als Ersatz für Wasserstrahlschneiden oder Laserschneiden zu sehen.

Plasmaschneiden kann handgeführt oder auch automatisiert ausgeführt werden, im letzteren Fall ist die Schnittqualität naturgemäß deutlich besser.

WIG-Schweißen

Beim WIG-Schweißen (WIG = Wolfram-Inert-Gas) kommt ein inertes (reaktionsträges) Gas wie zum Beispiel Argon zwecks Schutz vor der Außenatmosphäre zum Einsatz. Der sehr intensive Lichtbogen läßt sich präzise führen und brennt zwischen der nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Falls erforderlich, kann Zusatzwerkstoff von Hand (WIG Schweißtäbe) oder automatisiert mittels einer Kaltdrahtzufuhr zugegeben werden.

Angeboten werden DC (Gleichstrom) Geräte sowie AC/DC (Wechsel und Gleichstrom) Geräte. Zum Verschweißen von Stahl, Edelstahl, Kupfer oder Titan werden DC-Geräte eingesetzt. Um die Oxidhaut aufzureißen, werden Aluminium und Magnesium ausschließlich mit Wechselstrom geschweißt (es wird also ein AC/DC-Gerät benötigt).

WIG-Schweißen zeichnet sich durch einfache Handhabung und gute Beherrschbarkeit des Lichtbogens aus. Eine schmale Schweißzone, geringe Verzunderung des Werkstücks und der spritzerfreie Lichtbogen bescheren saubere, exakte Schweißnähte ohne Nacharbeit oder Schlackeneinschluß.

Während das WIG-Verfahren hinsichtlich der Schweißnahtqualität gegenüber MIG/MAG klar im Vorteil ist, steht es bei der Schweißgeschwindigkeit hinter diesem zurück.

Wolframelektroden

Wolfram Elektroden werden beim WIG Schweißen (WIG = Wolfram-Inert-Gas) eingesetzt. Beim WIG-Verfahren entsteht ein Lichtbogen zwischen dem Werkstück und der Wolframelektrode. Der Lichtbogen erhitzt die zu verbindenden Materialien so lange, bis sie schmelzen und sich vermischen. Nach dem Erstarren sind die Werkstücke fest verbunden.

Die Strombelastbarkeit einer Wolfram Elektrode ist abhängig von Durchmesser, Anschliffwinkel, der Zusammensetzung, sowie Stromart und Polung. Bei zu geringer Belastung der Elektrodenspitze brennt der Lichtbogen unruhig. Wird die Elektrodenspitze überlastet, bildet sich ein deutlicher Schmelztropfen, der in das Schweißbad übergehen kann.

Durch wechselnden Elektrodenabstand beim Schweißvorgang verändert sich die Elektrodenspannung, was zu ungleichmäßigen Schweißergebnissen führt. Daher ist auf einen möglichst gleichbleibenden Abstand zwischen Wolframelektrode und Werkstück zu achten. In der Schweißpraxis hat sich ergeben, daß der Elektrodenabstand zum Werkstück dem Elektrodendurchmesser entsprechen sollte (z. B. 2.4mm Abstand zum Werkstück bei einer 2.4mm Ø Wolfram Elektrode).

Der Schweißprozess wie auch die Schweißnahtqualität werden stark von Form und Zustand der Elektrodenspitze beeinflußt. Vor dem Anschleifen einer Wolframelektrode ist darauf zu achten, daß das Elektrodenende weder abgekniffen noch abgebrochen ist. Der Anschliff darf nur mit leichtem Druck und sehr sorgfältig erfolgen, ansonsten besteht die Gefahr einer Korngrenzenschädigung - die enorme Erwärmung während des Schweißvorgangs führt dann zur Rissbildung an der Spitze der Elektrode. Zum Anschleifen sollte eine Scheibe mit möglichst feiner Körnung zum Einsatz kommen - je feiner der Schliff, umso höher die Standzeit der Wolfram Elektrode. Die Elektrode sollte nur in Längsrichtung angeschliffen werden, bei einem Querschliff hätten die entstandenen Riefen einen instabilen Lichtbogen und ausbrechen von Wolframteilchen zur Folge. Die Spitze der Wolframelektrode muß so zentrisch wie möglich in der Längsachse der Elektrode liegen, Abweichungen vermindern die Lichtbogenstabilität. Die Länge der Elektrodenspitze sollte circa das ein- bis eineinhalbfache des Elektrodendurchmessers betragen.

Erheblichen Einfluß auf die Schweißnahtqualität ergibt sich weiterhin aus dem Anschliffwinkel:

  • Spitze Elektrode = tiefer Einbrand und Energieeinbringung auf eine kleine Oberfläche
  • Stumpfe Elektrode = flaches Schmelzbad auf größerer Oberfläche

Tipp: Elektrodenspitze nach dem Anschleifen abstumpfen. Der Durchmesser der stumpfen Spitze sollte etwa 10% des Elektrodendurchmesser betragen. Ergebnis ist eine merklich verbesserte Standzeit der Wolfram Elektrode aufgrund der verringerten Belastung der Elektrodenspitze, sowie ein verbessertes Schweißergebnis insbesondere in Hinsicht auf Einbrandkerben.

Durch regelmäßiges Nachschleifen in der beschriebenen Weise, kann sichergestellt werden, daß eine abgenutzte Elektrodenspitze nicht zu verschlechterten Zünd- und Schweißergebnissen führt.