Schutzgasschweißen

Das Verfahren des Schutzgasschweißen mittels Handbrenner wird bei der Firma sowohl in der Konstruktion als auch in der Nachbearbeitung von Gussteilen eingesetzt. Gefügt werden hier vor allem Baustahl für Gestelle und Maschinengruppen sowie Aluminiumlegierungen. Kern des Verfahrens sind verschiedene Schweißgeräte, die in der wesentlichen Funktionsweise vergleichbar sind: Im Schweißgerät arbeitet ein großer Transformator, der die verhältnismäßig hohe dreiphasige Wechselspannung in eine niedrige Gleichspannung mit sehr hohem Strom transformiert. Das mir vorgestellte Gerät hatte bezogen auf den Strom eine maximal Ausgangsleistung von 400 A. Am Werkstück selbst wird bei Verwendung eine Masseklemme befestigt, die so gesehen den Minuspol darstellt. Außerdem gibt es einen Handbrenner mit Schlauchpaket. Diesem Handbrenner wird mittels dem Schlauchpaket motorisiert ein Schweißdraht zugeführt, welcher an der Spitze des Brenners wenige Millimeter vor dem Auftreffen auf das Werkstück durch eine sogenannte Stromdüse die Spannung des Transformators erhält. Dazu gibt es noch eine Gasleitung, welche das Schutzgas in die die Stromdüse umgebende Gasdüse leitet. Je nach Modell wird der Brenner entweder einfach durch das hindurchströmende Schutzgas gekühlt oder es kommt noch eine separate Wasserkühlung zum Einsatz.

Beim eigentlichen Schweißvorgang passiert nun folgendes: Der Schweißer befestigt die Masseverbindung möglichst nah an der geplanten Schweißstelle und führt den Handbrenner an den Beginn der geplanten Schweißnaht. Anschließend wird eine Taste am Brenner betätigt, um den Schweißvorgang zu starten. Das Schweißgerät schaltet nun den Transformator ein, auf dem Schweißdraht liegt also Spannung an. Zeitgleich öffnet das Gasventil und das Schutzgas strömt aus dem Brenner auf den Schweißdraht und die spätere Schweißstelle. Außerdem startet in dem Moment der Vorschubmotor und transportiert den nun unter Spannung stehenden Schweißdraht in Richtung Werkstück. Am Werkstück kommt es zu einer Art Kurzschluss, Schweißdraht und das Werkstück in der Umgebung des Schweißdrahtes schmelzen unter hoher Temperatur auf und verbinden sich. Der Schweißer muss nun den Brenner in die richtige Richtung (schleppend oder stechend), in der richtigen Geschwindigkeit, im richtigen Winkel und evtl. mit den richtigen Bewegungen wie leichtes Pendeln entlang der Schweißnaht führen. Es entsteht dabei die typische Schweißraupe, welche z.B. zwei Werkstücke verbindet. Am Schweißgerät selbst werden vor dem eigentlichen Schweißvorgang diverse Parameter wie Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes, Gasmenge, Nachbrennzeit und Schweißstrom eingestellt. Moderne Geräte verfügen hier über Displays und digitale Regler, die das korrekte Einstellen vereinfachen und Zusatzfunktionen wie z.B. automatisch unterbrochene Nähte und Punktschweißautomatiken bieten.

schweissen1 Der Zweck des Schutzgases zeigt sich, wenn man versuchsweise darauf verzichtet: Durch das Schutzgas, hier bestehend überwiegend aus dem Edelgas Argon, wird ein Kontakt von Sauerstoff mit der Schmelze aus Draht und Werkstück, und somit die Oxidation, verhindert. Durch das unmittelbar am Kontaktpunkt des Schweißdrahtes austretende Schutzgas wird die umgebende Luft „weggespült“ und am erneuten Kontakt gehindert. Schweißt man in diesem Verfahren ohne Schutzgas, erhält man eine sehr unsaubere Naht mit vielen Blasen, Spritzern und Schlacke, welche schon rein optisch niemals die Festigkeit einer normgerechten Schweißverbindung haben kann.

Ein weiterer wesentlicher Punkt beim Schweißen ist der Arbeitsschutz: Durch den Lichtbogen und den Kurzschluss beim Schweißen entsteht extrem grelles sichtbares Licht und auch einiges an unsichtbarer Strahlung wie UV Strahlung. Zum Schutz der Augen verwendet man daher ein Schweißschild aus sehr stark getöntem Glas, welches außerdem die UV Strahlung filtert. Beim einfachen Blick durch so ein Schweißschild in einen normal beleuchteten Raum sieht man nichts. Bei laufendem Brenner ist das vom Schweißvorgang ausgehende Licht hell genug, um den Schweißprozess und dessen nächste Umgebung zur Weiterführung der Naht gut erkennen zu können. Neben dem dauerhaft getönten Glas gibt es außerdem sogenannte Automatikschilde, welche das grelle Licht detektieren und blitzartig eine sonst fast transparente Scheibe tönen. Ansonsten ist außerdem lange Baumwollkleidung und ein nicht brennbare Lederschürze sinnvoll, da hin und wieder glühende Schweißspritzer von der Schweißstelle wegfliegen. Schweißarbeitsplätze verfügen außerdem über eine Absaugung der zwangsweise entstehenden Metalldämpfe und eine optische Abtrennung, um Andere nicht der Strahlung bei laufendem Brenner auszusetzen.schweissen2

Nach einer ausführlichen Erklärung der Bedienung und Brennerführung konnte ich erste Schweißversuche als Test auf einem Rest Flachstahl durchführen und anschließend eine gerade V-Naht wieder mit zwei Stücken Flachstahl schweißen. Je nach Metall und geplanter Naht ist auc hier eine gewisse Vorarbeit nötig. Mindestens sollte das Material möglichst blank sein, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten und eine saubere Naht erzeugen zu können. Bei vielen Nahttypen ist außerdem eine mechanische Vorbehandlung der zu verschweißenden Bauteile erforderlich. So werden bei der V-Naht die Werkstücke zunächst beidseitig mit einer Phase versehen (daher auch die Bezeichnung „V-Naht“). Bei größeren Materialstärken wird für solche Stoßnähte auch eine DV-Naht verwendet, welche vier Phasen (oben und unten auf beiden Seiten der Naht) voraussetzt. Solche tiefen Nähte werden mit mehreren Schweißlagen übereinander verschweißt. Im Falle der DV- Naht beginnt man beim Stoß der Winkelspitze mit der Wurzellage, schweißt darüber eine oder sogar mehrere Mittellagen und abschließend eine Decklage. Meine Schweißversuche haben zwar beide Stücke Flachstahl verbunden, die Fügung war so gesehen also erfolgreich, ähnlich wie bei den Tätigkeiten davor ist aber doch mehr Erfahrung und Geschickt erforderlich, um eine technisch und optisch „schöne“ Naht zu produzieren. Diese Naht war eine einfachsten Nahttypen, es gibt auch Varianten, wo z.B. radial durch Aussparungen geschweißt wird. Gekennzeichnet in den technischen Zeichnungen wird dies durch Symbole an den Schweißnähten. Außerdem existieren noch Symbole für die Form der Naht an sich, also ob diese z.B. gewölbt oder flach auszuführen ist.schweissen3
Eine schnelle Beurteilung, ob z.B. der Einbrand der Naht stimmt, also die Tiefe und Breite, in der umliegendes Materia der Werkstücke aufgeschmolzen wurde, lässt sich ähnlich wie beim Schmieden an den Anlassspuren und -farben beurteilen. Bei meinem kleinen Schweißversuch zur Handhabung des Brenners auf dem Flachstahl sieht man dies gut an Rückseite. Eine Erhöhung oder Verringerng des Einbrandes lässt durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Schweißstromes erzielen. Wichtig bei Schweißverbindungen ist außerdem der Verzug von Teilen von Schweißkonstruktionen während dem Schweißvorgang. Stark verzuggefährdete Teile werden daher auf massiven Schweißtischen richtig verspannt, um dem Verzug entgegenzuwirken. Eine geschickte Nahtführung besonders bei Kehlnähten minimiert außerdem den Verzug.

Ich habe das ganze selbst mit Halteblechen an einem stärkeren Stahlprofil ausprobieren können: Hier verwendet man bei größeren möglichen Toleranzen einen Magnethalter, um winkelige Stücke in Position zu halten. Verzichtet man testweise auf die gefühlte, wirklich starke Kraft des Magnethalters und verwendet stattdessen einen einfachen Keil, kann man mit dem Auge sehen, dass das Blechstück sich in Richtung Schweißnaht zieht.

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