Schweißen

Verbinden zweier Rohre durch Autogenschweißen mit Zusatzdraht, 1942

Elektroschweißen (präzise: Lichtbogenhandschweißen) zur Herstellung einer Stahlstruktur

DasSchweißenist eine Gruppe vonFügeverfahrenzum dauerhaften Fügen (Verbinden) von zwei oder mehr Werkstücken. Das Schweißen gilt als wichtigste Gruppe der Fügeverfahren. Nach DIN 8580 Hauptgruppe 4 Teil 6 wird es alsFügen durch Schweißendefiniert. Die meisten Schweißverfahren eignen sich auch zumBeschichten,was in der Praxis und Fachliteratur alsAuftragschweißenbezeichnet wird – definiert in der DIN 8580 Hauptgruppe 5 Teil 6 alsBeschichten durch Schweißen.

Allgemeines

Unter Schweißen versteht man gemäßEN14610undDIN1910-100„das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung vonWärmeund/oderDruck,mit oder ohneSchweißzusatzwerkstoffe“.Die Zusatzwerkstoffe werden üblicherweise in Form von Stäben oder Drähten zugeführt, abgeschmolzen und erstarren in der Fuge zwischen den Fügepartnern, um so die Verbindung zu erzeugen. Sie entsprechen somit demLotbeimLötenoder demKlebstoffbeimKleben.Die nötige Schweißwärme wird von außen zugeführt oder entsteht beim Reibschweißen durch Reibung an der Fuge im Material selbst.Schweißhilfsstoffe,wieSchutzgase,Schweißpulver,Flussmittel,Vakuum(beim Elektronenstrahlschweißen) oder Pasten, können das Schweißen erleichtern oder auch erst möglich machen. Schweißen kann durch Wärmezufuhr bis zum Schmelzen des Werkstoffs oder durch Wärmezufuhr und zusätzliche Krafteinwirkung (Druck) auf das Werkstück erfolgen.

Das Schweißen zählt zu denstoffschlüssigenVerbindungsmethoden zusammen mit dem Löten und Kleben. Beim Schweißen werden Verbindungen mit hoherFestigkeiterzeugt; beim Schmelzschweißen durch das lokale Schmelzen der zu verbindenden Bauteile. Beim verwandten Löten wird dagegen nur das Lot flüssig, während die Bauteile zwar erwärmt, aber nicht geschmolzen werden. Lötverbindungen weisen daher eine geringere Festigkeit auf, eignen sich aber auch für Verbindungen von Werkstoffen mit stark unterschiedlichem Schmelzpunkt. Solche Werkstoffpaarungen können jedoch auch mit dem Pressschweißen hergestellt werden.

Die (zwischenzeitlich zurückgezogene) DIN EN 14610:2005:02 definierte das Metallschweißen als einen „Vorgang, der Metall(e) unter Aufwand von Wärme und/oder Druck derart verbindet, dass sich ein kontinuierlicher innerer Aufbau des verbundenen Metalles bzw. der verbundenen Metalle ergibt. “Das heißt, die verschweißten Bauteile werden durch die gleichen molekularen und atomaren Kräfte zusammengehalten, die auch den Werkstoff der Einzelteile zusammenhalten. Schweißverbindungen sind in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass sie artgleich erfolgen, d. h. die Bauteile sowie eventuelle Schweißzusätze zu der gleichen Werkstoffgruppe, z. B. zu den Stählen oder den Aluminiumlegierungen gehören. Das unterscheidet sie vom ebenfalls in die Gruppe der stoffschlüssigen Fügeverfahren einzuordnenden Löten und Kleben, bei dem der Verbund durch Zusatzwerkstoffe entsteht, die einer anderen Werkstoffgruppe als die Bauteile zuzuordnen sind.

Es stehen heute eine Vielzahl von Schweißverfahren zur Verfügung, die sich in der Art der verwendeten Wärmequelle und/oder dem Prozessablauf unterscheiden und in der Folge unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, die eine weitgehende Anpassung an die Fügeaufgabe ermöglichen.

Geschichte des Schweißens

→Hauptartikel:Geschichte des Schweißens

Siehe auch:Geschichte der Produktionstechnik

Gliederung der Schweißverfahren

Einteilung der Metall­schweiß­verfahren nach DIN 1910-100mit Ordnungs­nummern nach DIN EN ISO 4063

Die Einteilung der Schweißverfahren kann vorgenommen werden nach

Art der auf das Werkstück einwirkenden Energie

• thermische Energie, etwa beimSchmelzschweißen
  • thermische Energie mit gleichzeitigem oder anschließendem Zusammenpressen der Werkstücke, etwa bei vielenWiderstandsschweißverfahren
• mechanische Energie, etwa beimKaltpressschweißen
  • mechanische Energie, die in thermische Energie umgewandelt wird, etwa beimReibschweißen

Art des Grundwerkstoffs

• Metallen
• Thermoplasten
• andere Werkstoffe und Kombinationen von Werkstoffen, wie beispielsweiseGlas

Zweck des Schweißens

• Verbindungsschweißen dient dem Zusammenfügen von Werkstücken
• Auftragschweißendient dem Beschichten eines Werkstückes; sind Grund- und der Auftragwerkstoff unterschiedlich, wird weiter unterschieden in das Auftragschweißen von
  • Panzerungen
  • Plattierungen
  • Pufferschichten

physikalischem Ablauf des Schweißens

• Schmelzschweißenist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss, ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne gleichartigen Schweißzusatz (ISO 857-1). Im Gegensatz zumLötenwird dabei dieLiquidustemperaturder Grundwerkstoffe überschritten. Prinzipiell können alle Materialien, die in die schmelzflüssige Phase überführbar sind, durch Schmelzschweißen verbunden werden. Bei vielen Verfahren wird zusätzliches Material etwa in Form einesSchweißdrahteszugeführt.
• Pressschweißenbringt die zu verbindenden Werkstoffe durch unterschiedliche Energieformen auf die erforderliche Schweißtemperatur, worauf die Verbindung unter Einwirkung einer Kraft hergestellt wird. Das Pressschweißen kommt ohne das Zuführen von zusätzlichem Material wie Schweißdraht aus. Im Gegensatz zum Schmelzschweißen können Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten miteinander verschweißt werden. In diesem Fall können die Werkstücke durch eine große Kraft stoffschlüssig verbunden werden.

Grad derMechanisierung

• Handschweißen
  • als rein manuelles Schweißen
  • als teilmechanisiertes Schweißen, bei dem der Zusatzwerkstoff und die Hilfsstoffe (Schutzgase) mechanisiert zugeführt werden, aber der Brenner von Hand bewegt wird,
• vollmechanisches Schweißen
• (voll-)automatisiertesSchweißen

Schweißbarkeit eines Bauteils

→Hauptartikel:Schweißbarkeit

Um ein Bauteil schweißen zu können, muss es schweißbar sein. Darunter versteht man, dass durch das Zusammenwirken der Eignung des Werkstoffs zum Schweißen (Schweißeignung), einer schweißgeeigneten Konstruktion (Schweißsicherheit) und einer geeigneten Fertigungsorganisation (Schweißmöglichkeit) Einzelteile zu Bauteilen mit gewünschter Qualität zusammengeschweißt werden können. Wird dies nicht beachtet, kann das zur Unbrauchbarkeit des Bauteils führen.

Schweißeignung eines Werkstoffs

→Hauptartikel:Schweißeignung

Infolge der thermischen Einwirkung auf die Schweißteile während des Schweißens ändern sich deren metallurgische Eigenschaften. Je nach Materialzusammensetzung und Art des Temperaturzyklus können Gefüge entstehen, die negative Qualitätseinflüsse haben. Die Schweißeignung beschreibt, inwieweit ein Werkstoff unter jeweils bestimmten Bedingungen qualitativ befriedigend durch Schweißen verbunden werden kann.

Auswahl eines Schweißverfahrens

Für das Fügen von Einzelteilen zum Werkstück stehen zahlreiche Schweißverfahren zur Verfügung. Bei der Auswahl sollten folgende Gesichtspunkte in Betracht gezogen werden: Aus verfahrenstechnologischer Sicht spielen der Werkstoff, die Bauteilgeometrie, die Zugänglichkeit zur Schweißstelle und die mögliche Schweißposition eine Rolle, ebenso die Qualitätsanforderungen an das geschweißte Produkt. Aus wirtschaftlicher Sicht sind die Stückzahl der herzustellenden Werkstücke, die Kosten für die erforderlichen Schweißeinrichtungen und diejenigen für die Durchführung der Fertigungsarbeiten bei der Verfahrenswahl zu berücksichtigen.

Einteilung der Schweißprozesse in Prozessnummern

ISO4063
Bereich	Schweißen
Titel	Schweißen und verwandte Prozesse - Liste der Prozesse und Ordnungsnummern
Kurzbeschreibung:	In dieser Norm wird eine numerische Einteilung für Schweiß-, Schneid-, Ausfug-, Hartlöt-, Weichlöt- und Fugenlötverfahren festgelegt.
Letzte Ausgabe	März 2011

Die Festlegung umfasst die Hauptgruppen der Prozesse (eine Ziffer), Gruppen (zwei Ziffern) und Untergruppen (drei Ziffern). Die Referenznummer besteht aus maximal drei Ziffern.

Die Referenznummern der Schweißprozesse
Hauptgruppennummer	Gruppennummer	Untergruppennummer
1Lichtbogenschweißen	11Metall-Lichtbogenschweißen ohne Gasschutz	111Lichtbogenhandschweißen
		112Schwerkraft-Lichtbogen-schweißen
		114Metall-Lichtbogenschweißen mit Fülldrahtelektrode ohne Schutzgas
	12Unterpulverschweißen	121Unterpulverschweißen mit Massivdrahtelektrode
		122Unterpulverschweißen mit Massivbandelektrode
		124Unterpulverschweißen mit Metallpulverzusatz
		125Unterpulverschweißen mit Fülldrahtelektrode
		126Unterpulverschweißen mit Füllbandelektrode
	13Metall-Schutzgasschweißen	131Metall-Inertgasschweißen mit Massivdrahtelektrode
		132Metall-Inertgasschweißen mit schweißpulvergefüllter Drahtelektrode
		133Metall-Inertgasschweißen mit metallpulvergefüllter Drahtelektrode
		135Metall-Aktivgasschweißen mit Massivdrahtelektrode
		136Metall-Aktivgasschweißen mit schweißpulvergefüllter Drahtelektrode
		138Metall-Aktivgasschweißen mit metallpulvergefüllter Drahtelektrode
	14Wolfram-Schutzgasschweißen	141Wolfram-Inertgasschweißen mit Massivdraht- oder Massivstabzusatz; WIG-Schweißen
		142Wolfram-Inertgasschweißen ohne Schweißzusatz
		143Wolfram-Inertgasschweißen mit Fülldraht- oder Füllstabzusatz
		145Wolfram-Schutzgasschweißen mit reduzierenden Gasanteilen im ansonsten inerten Schutzgas und Massivdraht- oder Massivstabzusatz
		146Wolfram-Schutzgasschweißen mit reduzierenden Gasanteilen im ansonsten inerten Schutzgas und Fülldraht- oder Füllstabzusatz
		147Wolfram-Schutzgasschweißen mit aktiven Gasanteilen im ansonsten inerten Schutzgas
	15Plasmaschweißen	151Plasma-Metall-Inertgasschweißen
		152Pulver-PlasmaLichtbogenschweißen
		153Plasma-Stichlochschweißen
		154Plasmastrahlschweißen
		155Plasmastrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen
		185Lichtbogenschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen
2Widerstandsschweißen	21Widerstandspunktschweißen	211indirektes Widerstandspunktschweißen
		212direktes Widerstands-punktschweißen
	22Rollennahtschweißen	221Überlapp-Rollennahtschweißen
		222Quetschnahtschweißen
		223Rollennahtschweißen mit Kantenvorbereitung
		224Rollennahtschweißen mit Drahtelektrode
		225Folien-Stumpfnahtschweißen
		226Folien-Überlappnahtschweißen
	23Buckelschweißen	231einseitiges Buckelschweißen
		232zweiseitiges Buckelschweißen
	24Abbrennstumpfschweißen	241Abbrennstumpfschweißen mit Vorwärmung
		242Abbrennstumpfschweißen ohne Vorwärmung
	25Pressstumpfschweißen
	26Widerstandsbolzenschweißen
	27Widerstandspressschweißen mit Hochfrequenz
	29andere Widerstands-schweißverfahren
3Gasschmelzschweißen	31Gasschweißen mit Sauerstoff-Brenngas-Flamme	311Gasschweißen mit Sauerstoff-Acetylen-Flamme
		312Gasschweißen mit Sauerstoff-Propan-Flamme
		313Gasschweißen mit Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme
4Pressschweißen	41Ultraschallschweißen
	42Reibschweißen	421Reibschweißen mit kontinuierlichem Antrieb
		422Reibschweißen mit Schwungradantrieb
		423Reibbolzenschweißen
	43Rührreibschweißen
	44Schweißen mit hoher mechanischer Energie	441Sprengschweißen
		442Magnetpulsschweißen
	45Diffusionsschweißen
	47Gaspressschweißen
	48Kaltpressschweißen
	49Heißpressschweißen
5Strahlschweißen	51Elektronenstrahlschweißen	511Elektronenstrahlschweißen unter Vakuum
		512Elektronenstrahlschweißen in Atmosphäre
		513Elektronenstrahlschweißen unter Schutzgas
	52Laserstrahlschweißen	521Festkörper-Laserstrahlschweißen
		522Gas-Laserstrahlschweißen
		523Dioden-Laserstrahlschweißen, Halbleiter-Laserschweißen
7andere Schweißverfahren	71aluminothermisches Schweißen
	72Elektroschlackeschweißen	721Elektroschlackeschweißen mit Bandelektrode
		722Elektroschlackeschweißen mit Drahtelektrode
	73Elektrogasschweißen
	74Induktionsschweißen	741induktives Stumpfschweißen
		742induktives Rollennahtschweißen
		743induktives Hochfrequenzschweißen
	75Lichtstrahlschweißen	753Infrarotschweißen
	78Bolzenschweißen	783Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring oder Schutzgas
		784Kurzzeit-Bolzenschweißen mit Hubzündung
		785Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen mit Hubzündung
		786Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen mit Spitzenzündung
		787Bolzenschweißen mit Ringzündung

Schweißverbindungsqualität

Ein Stahlgefäß mit Schweißnähten von erkennbar minderer Qualität an der Aufhängung des Griffs.

Durch Schweißen sollen Bauteile so miteinander verbunden werden, dass diese die an sie gestellten Anforderungen über eine erwartete Lebensdauer erfüllen können. Dazu müssen die Verbindungen anforderungsgerechte Qualitätskriterien oder Gütemerkmale erfüllen. Generelle Festlegungen zu den Gütemerkmalen können nicht getroffen werden, denn diese sind immer eng an die jeweiligen Bauteilanforderungen im Einsatz gebunden.

Ausreichende Qualität ist dann zu erwarten, wenn auftretende Unregelmäßigkeiten der Schweißnaht, die während oder nach dem Schweißen entstehen, für die Nutzung des geschweißten Bauteils toleriert werden können. Sind sie nicht mehr akzeptabel, werden die Unregelmäßigkeiten als Verbindungsfehler bezeichnet.

Schweißfehler

→Hauptartikel:Schweißfehler

Schweißnahtfehler

→Hauptartikel:Schweißnahtfehler

Qualität des Pressschweißens

→Hauptartikel:Schweißpunktqualität

Qualität des Schmelzschweißens

→Hauptartikel:Schweißnahtqualität

Qualitätssicherung beim Schweißen

→Hauptartikel:Gütesicherung beim Schmelzschweißen,Gütesicherung beim WiderstandsschweißenundSchweißprozessüberwachung

Schmelzschweißverfahren

Vorbereitung – Schweißstoß

→Hauptartikel:Schweißverbindung

Schweißteile werden durch sogenannte Schweißstöße verbunden, die oftmals eine spezielle Fugenvorbereitung benötigen. Der Bereich, in dem Schweißteile miteinander vereinigt werden, wird Schweißstoß genannt. Die Stoßarten unterscheiden sich je nach konstruktiver Anordnung der Teile und der Fugenvorbereitung, die eine fachgerechte Ausführung und Prüfung der Schweißnaht ermöglicht.

• 
  Stumpfstoß
• 
  Überlappstoß
• 
  T-Stoß

Durchführung – Schweißposition

→Hauptartikel:Schweißposition

Je nach Anordnung der Schweißteile und der Zugänglichkeit des Brenners und der Schweißelektrode zur Naht ergeben sich beim Schweißen in der Norm DIN EN ISO 6947:2011-08 definierte Schweißpositionen.

Gasschmelzschweißen

→Hauptartikel:Gasschmelzschweißen

Autogenschweißung mit Zusatzdraht

Beim Gasschmelzschweißen oder Autogenschweißen wird das Metall durch die Verbrennung von Brenngasen erhitzt. Das in der Regel verwendete Brenngas istAcetylen(Ethin), welches mitSauerstoffin einem Acetylen-Sauerstoff-Gemisch die Schweißflamme erzeugt. Die Temperatur der Flamme beträgt dabei etwa 3200 °C. In der Regel wird ein Schweißdraht als Zusatzwerkstoff verwendet.

Das Gasschmelzverfahren eignet sich sowohl für Schweißarbeiten im Werk als auch auf der Baustelle. Das langsame Verfahren eignet sich in erster Linie zum Schweißen dünner Bleche und einiger NE-Metalle sowie für Reparatur- und Auftragsschweißung. Besonders im Heizungs-, Installations- und Rohrleitungsbau kommt dieses Verfahren zur Anwendung, hat aber nur noch geringe Bedeutung.

Lichtbogenschweißen

Beim Lichtbogenschweißen brennt ein elektrischerLichtbogen(Schweißlichtbogen) zwischen Werkstück und einer Elektrode, die je nach Verfahren abschmelzen kann und dann gleichzeitig alsZusatzwerkstoffdient oder nicht-abschmelzend ist.

Die wichtigsten Verfahren sind

• das Lichtbogenhandschweißen
• das Schutzgasschweißen mit zahlreichen Untervarianten
• das Unterpulver-Schweißen.

Durch den Elektronenbeschuss heizt sich dieAnode(Pluspol) stärker auf. Bei den meisten Schweißverfahren betreibt man sich verzehrende Elektroden als Anoden, das Werkstück also alsKathode(Minuspol). Bei umhüllten Stabelektroden hängt die Polarität von der Elektrodenumhüllung ab. Besteht die Umhüllung aus schlecht ionisierbaren Bestandteilen, wie dies bei basischen Elektroden der Fall ist, wird die Elektrode am heißeren Pluspol geschweißt, anderenfalls wegen der geringeren Strombelastung am Minuspol.

Siehe auch:Sensoren für das Lichtbogenschweißen

Lichtbogenhandschweißen

→Hauptartikel:Lichtbogenhandschweißen

Lichtbogen­handschweißen: 1 Drahtelektrode mit Umhüllung, 2 Kerndraht, 3 Schutzgas, 4 Schmelzbad, 5 Grundwerkstoff, 6 Schweißgut, 7 Schlacke. Die Schweißtropfen werden durch die Polarisierung von 2 nach 4 gezogen.

Das Lichtbogenhandschweißen oder Elektrodenschweißen ist ein rein manuelles Verfahren (Handschweißen) mit abschmelzender Elektrode. DieseStabelektrodenbesitzen eine Umhüllung, die ebenfalls abschmilzt und teils verdampft und dabei Schutzgase und Schlacke bildet, die beide die Schmelze vor ungewollten Einflüssen der Umgebung schützen. Die Schlacke kann außerdem die metallurgische Zusammensetzung der Schmelze ändern, sodass das Verfahren an viele Anwendungsfälle angepasst werden kann. Es ist sehr einfach und mit geringen Investitionen in die Anlagen verbunden, aber nicht besonders produktiv, sodass es vor allem bei Reparaturarbeiten, in Werkstätten und auf Baustellen genutzt wird.

Schutzgasschweißen (SG)

WIG-Schweißen, eine Variante des Schutzgasschweißens

→Hauptartikel:Schutzgasschweißen

Beim Schutzgasschweißen werdenSchutzgaseverwendet, die die Elektrode und die Schmelze umströmen. Die Zufuhr der Schutzgase ist im Brenner integriert. Die Verfahren des Schutzgasschweißens sind produktiver als das Elektrohandschweißen und lassen sich auch mechanisieren, manche sogar vollständig automatisieren. Die Kosten sind noch gering und die Flexibilität in der Anwendung deutlich besser als die produktiveren Strahlverfahren (Laser-/Elektronenstrahlschweißen). Das Schutzgasschweißen ist daher bezüglich der Anwendungshäufigkeit die wichtigste Gruppe der Schweißverfahren.

• Metallschutzgasschweißen (MSG): Hier schmilzt die Elektrode ab und besteht aus demselben oder ähnlichem Werkstoff wie das Werkstück (wie beim Elektrohandschweißen)
  • Metall-Inertgas-Schweißen (MIG): Hier werdeninerteGase verwendet, also solche, die keine chemischen Reaktionen mit der Schmelze eingehen. Es wird vor allem für Nichteisenmetalle und hochlegierte Stähle genutzt.
  • Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG): Hier werden reaktionsfreudige Gase verwendet, um die Zusammensetzung der Schmelze bewusst zu verändern. Es wird für un- und niedriglegierte Stähle genutzt.
• Wolfram-Inertgasschweißen(WIG): Nutzt eine nicht-abschmelzende Elektrode aus Wolfram. Es sind hohe Nahtqualitäten erreichbar, es ist aber langsamer als das MSG-Schweißen.
• Plasmaschweißen: Mit dem WIG verwandt. Der Lichtbogen erzeugt hierbei ein Plasma, das eine höhere Leistungsdichte aufweist als der bloße Lichtbogen. Es ist sehr produktiv, aber auch weniger flexibel als die anderen Schutzgasverfahren und stellt in dieser Hinsicht den Übergang zu den Strahlverfahren dar.

Unterpulverschweißen

Unterpulverschweißen einer Rohr-Längsnaht im 3-Draht-Prozess

Erstarrte Schlackestücke einer UP-Schweißraupe

DasUnterpulverschweißen(UP-Schweißen, EN ISO 4063: Prozess 12) ist ein Lichtbogenschweißverfahren mit abschmelzender Draht- (Prozess 121) oder Bandelektrode (Prozess 122), bei dem hohe Abschmelzleistungen erzielt werden können.Es wird industriell vor allem zum Schweißen langer Nähte eingesetzt und eignet sich nicht zur manuellen Ausführung.

Beim Unterpulverschweißen wird das Schweißbad von einer Schicht aus grobkörnigem mineralischem Schweißpulver bedeckt. Dieses schmilzt durch die vom Lichtbogen emittierte Wärme und bildet eine flüssige Schlacke, die aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem metallischen Schmelzbad schwimmt. Durch die Schlackeschicht wird das flüssige Metall vor Zutritt der Atmosphäre geschützt. Der Lichtbogen brennt in einer gasgefüllten Kaverne unter Schlacke und Pulver. Nach dem Schweißvorgang löst sich die Schlackeschicht oft von selbst ab; das nicht aufgeschmolzene Pulver kann wiederverwendet werden.

Besonders hervorzuheben ist die weitgehende Emissionsfreiheit dieses Verfahrens, da der Lichtbogen unter der Pulverschicht brennt und nur geringe Mengen Rauch freigesetzt werden. Es ist kein Sichtschutz notwendig. Wegen der Abdeckung des Prozesses hat das Verfahren einen hohen thermischen Wirkungsgrad, was jedoch den Einsatz auf große Blechdicken beschränkt. Gleichzeitig ist hierdurch keine unmittelbare Sichtkontrolle des Prozesses möglich. Jedoch werden im Allgemeinen spritzerfreie Nähte sehr hoher Qualität erzielt, sofern geeignete Schweißparameter verwendet werden.

Durch die Auswahl einer bestimmten Kombination aus Draht und Pulver kann die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes beeinflusst werden, da durch die Reaktionen von metallischer Schmelze und Schlacke in der Kaverne ein Abbrand oder Zubrand von Legierungselementen erfolgen kann.

Wegen der großen Schmelzbäder kann das UP-Verfahren nur in Wannenlage oder mit Pulverabstützung auch in Querposition angewandt werden.

Laserschweißen

→Hauptartikel:Laserschweißen

DasLaserschweißen(EN ISO 4063: Prozess 52) wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. DasLaserschweißenoderLaserstrahlschweißenwird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. Die Laserstrahlung wird mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, also der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile, befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (im Brennfleck). Die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt auch die Einschweißtiefe fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur des Metalls hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese je nach Werkstoff sehr hart und verliert in der Regel an Zähigkeit.

Elektronenstrahlschweißen

→Hauptartikel:Elektronenstrahl-Materialbearbeitung

BeimElektronenstrahlschweißen(EN ISO 4063: Prozess 51) wird die benötigte Energie von durch Hochspannung (60–150kV) beschleunigtenElektronenin die Prozesszone eingebracht. Die Strahlbildung erfolgt imHochvakuum(< 10⁻⁴mbar). Der Schweißvorgang erfolgt meistens im Vakuum, kann aber auch unter Normaldruck durchgeführt werden. Hier wird dann mit einer Strahlleistung von bis zu 30 kW gearbeitet, wobei der Arbeitsabstand zwischen Strahlaustritt und Werkstück zwischen 6 und 30 mm liegen sollte.

Das Elektronenstrahlschweißen bietet eine etwa gleich große Leistungsflussdichte wie das Laserstrahlschweißen bei höherem Wirkungsgrad der Strahlerzeugung (Laser: 3 bis 40 %, Elektronenstrahl: etwa 70 %). Darüber hinaus entfällt beim Elektronenstrahlschweißen im Vakuum die Verwendung von Schutzgasen. Beides wirkt sich direkt auf die Betriebskosten aus, sodass eine Elektronenstrahlanlage in der Summe und über die Lebensdauer preiswerter sein kann als ein vergleichbares Lasersystem.

Das Elektronenstrahlschweißen erlaubt hohe Schweißgeschwindigkeiten mit extrem tiefen, schmalen und parallelen Nähten. Durch die geringen Nahtbreiten und die hohe Parallelität kann derVerzugextrem klein gehalten werden. Daher kann dieses Verfahren auch am Ende der Fertigungskette eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich auch für kleine, kompliziert geformte Schweißnähte, da der Elektronenstrahl durch elektrische oder magnetische Felder exakt und schnell abgelenkt werden kann. Damit kann auf die Bewegung des Bauteils verzichtet werden, der Elektronenstrahl führt die Bewegung selbst aus. Das Spektrum möglicher Nahttiefen liegt zwischen 0,1 mm und 300 mm (Aluminium), (Stahl) 150 mm, (Kupfer) 100 mm, (Titan): 100 mm.

Elektronenstrahlschweißanlagen werden häufig in der Massenfertigung von Getriebebauteilen in der Automobilindustrie eingesetzt (vor allem Japan und Deutschland). Neben einfachen und preisgünstigen Lohnaufträgen werden auch Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, den Schienenverkehr, die Medizintechnik und die Nahrungsmittelindustrie elektronenstrahlgeschweißt.

Aluminothermisches Schweißen

Aluminothermisches Schweißen von Eisenbahnschienen

Aluminothermisches Schweißenist auch unter dem NamenThermit-Schweißenbekannt und wird vor allem beim Verschweißen vonBahnschienenangewendet. In einem Tiegel mit einem Loch an der Unterseite, der auf der Verbindungsstelle steht, wird (mit Hilfe eines Magnesiumspanes) eine Mischung aus Eisenoxidpulver und Aluminiumpulver entzündet, woraus sich bei einer Temperatur von circa 2450 °C flüssiges Eisen und darauf schwimmende Aluminiumoxid-Schlacke bilden.

$\mathrm {Fe_{2}O_{3}+2\ Al\longrightarrow 2\ Fe+Al_{2}O_{3}}$

Spleißen von Glasfasern

→Hauptartikel:Spleißen (Fernmeldetechnik)

Schweißgerät zum Spleißen von Glasfasern

Zur Datenübertragung genutzteLichtwellenleiterwerden mittels Lichtbogenschweißen ohne Zusatzwerkstoff miteinander verbunden. Der Vorgang wird als Spleißen bezeichnet. Die Kerndurchmesser der zu verbindendenGlasfasernliegen zwischen 3,5 und 1500 µm, die Manteldurchmesser zwischen 125 und 1550 µm. Zur Schweißverbindung genutzte Geräte positionieren die Glasfasern vor der Verbindung entweder automatisch oder manuell mittels Mikroskop und Mikrometerschraube, anschließend erfolgt durch einen Lichtbogen eine Erwärmung bis auf die Schmelztemperatur des Glases und eine Verschmelzung der beiden Fasern. An der Verbindungsstelle werden Signaldämpfungen unter 0,1 dB erreicht.

Schmelzschweißen von Kunststoffen

Thermoplastische Kunststoffekönnen mit folgenden Schmelzschweißverfahren verbunden werden:

• Heißverstemmen
• Heizelementschweißen
• Heizwendelschweißen
• Laserdurchstrahlschweißen
• Warmgasziehschweißen
• DasUltraschallschweißenwird zwar oft zu den Pressschweißverfahren gerechnet. Bei der Anwendung mit Kunststoffen schmelzen diese jedoch auf.

Pressschweißverfahren

Feuerschweißen

Feuerschweißen: Glühendes Blechpaket mit schmelzendemBorax

Beim Feuerschweißen werden die zu verbindenden Metalle im Feuer unter Luftabschluss in einen teigigen Zustand gebracht und anschließend durch großen Druck, zum Beispiel durch Hammerschläge, miteinander verbunden. Diese dürfen anfangs nicht zu stark sein, da sonst die zu verbindenden Teile wieder auseinandergeprellt werden. Im Gegensatz zu den meisten anderen Schweißmethoden wird der Stahl hierbei nicht aufgeschmolzen, sondern bei Schweißtemperatur (1200 bis 1300 °C)gefügt.Zur Vorbereitung des Schweißvorgangs im Schmiedefeuer muss bei den zu verbindendenWerkstückenauf Luftabschluss geachtet werden, damit die Oberflächen nichtoxidieren.Ursprünglich wurde Luftabschluss durch eine stark reduzierende Flamme und feinkörnigen Flusssand erreicht, wobei es schwierig war, einen solchen Sand mit dem richtigen Schmelzpunkt zu finden. Heutzutage benutzt man meistBorax,welches sich ähnlich wie beim Sand als eine flüssige, glasige Haut über die Stahlteile legt und versiegelt. Diese werden dadurch vor Oxidangriff geschützt.

Widerstandsschweißen

→Hauptartikel:Widerstandsschweißen

Prinzip des Widerstandspunktschweißens

Beim Widerstandsschweißen wird der elektrische Widerstand der Fügepartner genutzt. Sie werden zusammengepresst und von Strom durchflossen. An den Berührstellen ist der Widerstand am größten, so dass dort die meiste Wärme frei wird und die Werkstoffe am stärksten erhitzt werden.

• BeimWiderstandspunktschweißen(auch kurz Punktschweißen) werden vor allem Bleche geschweißt. Sie werden dabei durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst. Durch die Elektroden wird ein Schweißstrom in das Blech eingeleitet. Das Punktschweißen wird besonders häufig zum Schweißen von Karosserien in der Automobilindustrie genutzt.
• BeimRollennahtschweißensind die Elektroden scheibenförmig ausgeführt und rollen auf den zwischen den Scheiben hindurchgeförderten Fügepartnern ab. Somit lassen sich kontinuierliche Nähte erzeugen.Ein Anwendungsbeispiel ist die Verbindungsnaht des ausWeißblechgebogenen zylindrischen Körpers einerKonservendose.
• Widerstandsbuckelschweißenentspricht im Prinzip dem Punktschweißen, wobei aber eines der zu verbindenden Bauteile mit punktförmigen Erhöhungen (Schweißbuckeln) ausgestattet wird. Nur diese Buckel haben Kontakt zum anderen Bauteil. Durch die Geometrie des Buckels ist der Bereich des Stromüberganges genau definiert. Als Elektroden werden (im Unterschied zum Punktschweißen) flächige Kupferelektroden verwendet. Der Schweißstrom schmilzt den Buckel teilweise auf.
• DasPressstumpfschweißenundAbbrennstumpfschweißenlassen sich leicht automatisieren und werden verwendet, um tubulare Strukturen, Rollen, Ringe, Kettenglieder, Schienen-, Beton-Armierungsstähle, Fensterrahmen, Folien und Schläuche zu verbinden. Die Bauteile werden mit zwei Spannbacken gegeneinandergepresst, die mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Dabei fließt ein hoher Strom durch die Bauteile, der die Fügestelle kurzzeitig aufschmilzt.

Kaltpressschweißen

Verbindungen mittelsKaltpressschweißen(EN ISO 4063: Prozess 48) erfolgen unter hohem Druck und unterhalb derRekristallisationstemperaturder Einzelteile. Hierbei bleiben die Partner im festen Zustand. Allerdings ist eine plastische Verformung erforderlich, um die Atomlagen der Werkstückoberflächen in engen Kontakt miteinander zu bringen. Der Pressdruck erzeugt bei Materialien mit ausreichender Kaltverformbarkeit zwischenatomare Bindekräfte. Verbinden lassen sich etwa Kupfer und Aluminium miteinander und untereinander. Kaltpressschweißen wird unter anderem zur Herstellung stromleitender Verbindungen eingesetzt. Bei Aluminium ist eine vorherige Entfettung und ein Aufreißen der oberflächlichen Oxidschicht hilfreich (Beispiel: Aluminium-Kontaktfahnen vonElektrolytkondensatoren). UnterHochvakuumkönnen Metalle sogar mit keramischen Werkstoffen kaltpressverschweißt werden.

Reibschweißen

→Hauptartikel:Reibschweißen

Beim Reibschweißen (EN ISO 4063: Prozess 42) werden die Kontaktflächen unter Druck relativ zueinander bewegt. Durch die entstehendeReibungkommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials. Die sogenannte Wärmeeinflusszone ist bei diesem Verfahren deutlich kleiner als bei anderen Schweißverfahren. Es können eine Vielzahl von Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium mit Stahl, miteinander verschweißt werden. Auch die Verbindung von metallischen Werkstoffen, die keine Legierungen miteinander eingehen, ist vielfach möglich.

Verfahrensvarianten sind:

• dasRotationsreibschweißen,
• dasOrbitalreibschweißen,
• dasRührreibschweißenund
• das Ultraschallschweißen.

Ultraschallschweißen

SonotrodemitKatenoiden-Form zum Ultraschall-Schweißen

DasUltraschallschweißen(EN ISO 4063: Prozess 41) ist ein Verfahren zumFügenvonthermoplastischenKunststoffenund metallischen Werkstoffen. Das Verfahren findet in vielen Bereichen der Industrie Verwendung. So werden z. B. in der Verpackungsindustrie Kunststoffverpackungen oder in der Automobilindustrie Kabelbäume mittelsUltraschallgeschweißt. Bei den metallischen Werkstoffen kommt es vor allem bei Aluminium, Kupfer und deren Legierungen zum Einsatz. Die Verschweißung wird durch eine hochfrequente mechanischeSchwingungim Bereich von i. d. R. 20 bis 35kHzerreicht, welche zwischen den Bauteilen zu Erwärmung durch Molekular- und Grenzflächenreibung, bei Metallen auch zur Verzahnung und Verhakung der Fügepartner führt.Somit gehört das Ultraschallschweißen zur Gruppe der Reibschweißungen.

Mit Hilfe einesGeneratorswirdhochfrequenterWechselstrom erzeugt und über einKoaxialkabelzu einem Ultraschallwandler, dem sogenanntenKonverter,übertragen, der daraus mit Hilfe despiezoelektrischenoder desmagnetostriktivenEffekts eine mechanischeUltraschallschwingungerzeugt. Diese Schwingungen werden über einAmplitudentransformationsstückauf dieSonotrodeübertragen. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Bauformen von Sonotroden, die meist aus Stahl, Aluminium oder Titan hergestellt werden. DieAmplitudederSchwingungund die Impedanzanpassung wird durch die Form und Masse des Amplitudentransformationsstückes beeinflusst. Die Schwingungen werden unter Druck über die strukturierte, oft geriffelte Arbeitsfläche der Sonotrode auf die zu verbindenden Werkstücke übertragen.

Beim Schweißen von Kunststoff wird die Schwingung meist vertikal zu den Fügepartnern eingeleitet. Diese erhitzen sich und beginnen zu erweichen, wodurch derDämpfungskoeffizientansteigt. Die Zunahme des Dämpfungskoeffizienten führt zu höherer innerer Reibung, was die Temperaturerhöhung weiter beschleunigt. Die aufgeschmolzenen Werkstoffe verbinden sich und sind nach dem Abkühlen und Erstarren miteinander verschweißt.

Beim Ultraschallschweißen von Metallen wird die Schwingung horizontal zu den Fügepartnern eingeleitet, so dass diese aneinanderreiben. Die Verbindung entsteht nach dem Abscheren vonRauigkeitsspitzenund dem Aufbrechen der Oxidschicht im Wesentlichen durch ein Ineinanderverzahnen und -verhaken der Fügepartner. Dies geschieht durchplastisches Fließen,ohne dass die Materialien schmelzen, was insbesondere bei empfindlichem Material, wie Folien und dünnen Blechen vorteilhaft ist. Drähte werden durch das sogenannteDrahtbondenmiteinander verbunden.

Neben punktförmigen Schweißungen sind mit abrollenden Sonotroden auch Nahtschweißungen möglich, so z. B. bei der Fertigung vonSolarkollektoren.

Das Verfahren ermöglicht schnelle Taktzeiten und ist besonderswirtschaftlich.Es lassen sich unterschiedliche Materialien miteinander verbinden. Die Werkstücke werden nur im Schweißbereich geringfügig erwärmt, das umliegende Material somit nicht geschädigt.

Sprengschweißen

Verbindungsfläche einer Sprengschweißung (EN ISO 4063: Prozess 441) mit den typischen Wellen-Strukturen

Mit Hilfe desSprengschweißverfahrensist es möglich, zwei nicht schmelzschweißbare Materialien dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Dabei prallen die beiden Schweißflächen unter Zuhilfenahme vonSprengstoffmit mindestens 100 m/sunter einem Winkel von 2° bis 30° aufeinander. Die Kollisionsenergie bringt die Schweißpartner bis zur atomaren Ebene zusammen, so dass auch die Gitterkräfte (bei Metallen) wirken. Da die Schmelztemperatur nicht erreicht wird, können sich keineintermetallischen Phasenbilden. In der industriellen Anwendung werden auf diese Art meist zwei auf konventionelle Weise nicht schweißbare Metallpartner miteinander verbunden, beispielsweise Titan und Kupfer. Als Sprengstoffe kommen vorwiegend hochbrisante plastischePETN-,RDX- undHMX-Sprengstoffe, wieSemtexmitDetonationsgeschwindigkeitenvon mehr als 5000 m/s zum Einsatz. Durch den Aufprall der Schweißpartner entstehen an den Grenzflächen wellenartige Verwerfungen, die einestoffschlüssigeVerbindung herstellen.

Elektromagnetisches Pulsschweißen

Daselektromagnetische Pulsschweißen,kurz EMP-Schweißen oderEMPWkann ohne Wärme mithilfe des Verfahrens desMagnetumformens(auch Elektromagnetische Pulstechnik, kurz EMPT) Werkstoffmischverbindungen, aber auch artgleiche Werkstoffe, binnen etwa 25 μs miteinander verbinden, indem einer der Fügepartner mittels eines Magnetfeldes berührungslos einenImpulserfährt und gegen den anderen Partner prallt. Das Verfahren ist daher mit dem Sprengschweißen und -plattieren verwandt. Es können Rohre, Bleche und Zylinder verschweißt werden. Bei dem Verfahren befinden sich die Bauteile in der Nähe einerSpule,durch die ein sehr hoher Stromimpuls fließt welcher aus einemImpulsgeneratorgewonnen wird. Es können zumindest als einer der Fügepartner nur gut leitfähige Materialien wie Aluminium verarbeitet werden. Durch die hohe Geschwindigkeit des Zusammenpralls der Fügepartner kommt es wie beim Sprengschweißen zu einer stoffschlüssigen Verbindung in der festen Phase.

Schweißen von Aluminium auf Stahl mit der elektromagnetischen Pulstechnik

Beim Verbinden von Blechen (Plattieren) beschleunigt der Impuls eines der beiden zu fügenden Bleche über eine Distanz von 0,3–2 mm auf Geschwindigkeiten über 200 m/s. Beim Aufprall dieses Blechs auf ein stationäres Gegenblech werden im Aufschlagbereich die auf beiden Oberflächen haftenden Oxidschichten gelöst und die sich zwischen den Blechen befindliche Luft ausgeblasen. Die so erzeugten reinen Oberflächen sind nun hoch reaktiv und werden mit hohem Druck aufeinandergepresst. Dies bewirkt eine ggf. heliumdichte metallische Bindung durch Elektronenaustausch.

Die Methode bringt kaum Wärme in die Bauteile ein. Daher ist es möglich, metallische Werkstoffe mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten zu verschweißen. Zudem tritt keine Gefügebeeinflussung durch Wärme auf. Daher können beispielsweise auch Verbindungen zwischen Blechen aus Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen hergestellt werden, ohne deren festigkeitsbestimmendes Gefüge zu ändern.

Diffusionsschweißen

DasDiffusionsschweißen(EN ISO 4063: Prozess 45) ist eine etwa 50 Jahre alte Schweißtechnik, um vorwiegend metallische Werkstücke miteinander zu verbinden. Die Qualität der Schweißverbindungen ist außerordentlich hoch und die Zugfestigkeit kann im Bereich des verwendeten Materials liegen.

Diffusionsschweißen erfolgt bei hohem Druck (typische Größenordnung:Fließgrenze) und etwas unterhalb derSolidustemperatur.Aber auch unter Raumtemperatur und ohne nennenswerten Anpressdruck können Metalle zu Diffusionsverschweißen neigen, sofern ihre Flächen außerordentlich eben und glatt ausgebildet sind.Endmaßebeispielsweise können schon nach kurzer Zeit miteinanderkaltverschweißen,wenn sie angesprengt sind, also sehr nah beieinander liegen.

• Bei dem vorwiegend in derPulvermetallurgieeingesetzten VerfahrenHeißisostatisches Pressen(HIP) werden die Werkstücke in einem Stahlblechkanister eingeschweißt und anschließend evakuiert oder offen in eine Druckkammer gelegt. Ein Schutzgas mit entsprechendem Druck und Temperatur presst die Bauteile zusammen. Die Kraft wirkt so von allen Seiten, also isostatisch.

• Die zweite Variante wird auch alsUniaxial Diffusion Weld(UDW) bezeichnet. Hierbei wird eine einachsige Kraft meist mittels einer hydraulischen Presse senkrecht zur verbindenden Fläche ausgeübt. Die Presse verfügt entweder über einen Vakuumbehälter oder es wird ein zum HIP-Verfahren analoger Kanister benutzt.

MBP-Schweißen

→Hauptartikel:MBP-Schweißen

Einordnung des Lichtbogen­pressschweißens nach DIN 1910-100

DasMBP-Schweißen(Pressschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen)ist ein Lichtbogenpressschweißverfahren nach DIN 1910-100:2008-02und hat die Ordnungsnummer 185 nach EN ISO 4063.Das Verfahren wird auch als MBL- oder Magnetarc-Schweißen bezeichnet. In der englischsprachigen Literatur ist es bekannt alsMIAB Welding – magnetically impelled arc butt welding.Mit dem Verfahren werden Profile mit geschlossenem Querschnitt stumpf miteinander verbunden.

Lichtbogenbolzenschweißen

→Hauptartikel:Lichtbogenbolzenschweißen

Lichtbogenbolzenschweißen(Kurzform: Bolzenschweißen, engl.:stud welding,Ordnungsnummer 78ENISO4063) gehört zu den Lichtbogenpressschweißverfahren. Mit dem Verfahren werden bolzenförmige Elemente (z. B. Gewindebolzen, Stifte, Buchsen, Haken, Ösen) mit größeren Bauteilen (z. B. Karosseriebleche, Gehäuse, Heizkörper) dauerhaft verbunden.

Pressschweißen von Kunststoffen

Thermoplastische Kunststoffekönnen mit folgenden Pressschweißverfahren verbunden werden:

• Hochfrequenzschweißen
• Zirkularschweißen
• Rotationsreibschweißen
• Ultraschallschweißen
• Vibrationsschweißen

Schweißsimulation

→Hauptartikel:Schweißsimulation

DieSchweißsimulationist ein Werkzeug zur Klärung schweißtechnischer Fragestellungen, die auf der numerischen Lösung eines mathematischen Modells beruht. Ziel ist es, einerseits durch das Ersetzen zahlreicher praktischer Versuche Kosten in den Unternehmen zu senken und andererseits Informationen zu gewinnen, die über Messungen nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand zu erreichen wären.

Zur schweißtechnischen Ausbildung werden durch einige Schweißtechnik-HerstellerSchweißsimulatorenangeboten. Diese können WIG-, MAG- und Lichtbogenhandschweißen simulieren. Mit dem Simulator können in Echtzeit und unter realitätsnahem Bedingungen verschiedene Schweiß-Aufgaben trainiert werden. Gegenüber dem normalen Schweißen bieten derartige Geräte zum virtuellen Schweißtraining einige Vorteile. Unter anderem wird kein Material verbraucht, es müssen keine Arbeitsschutzmaßnahmen beachtet werden, auch seltene Arbeitsaufgaben bzw. Kombinationen von Materialien und Werkstoffen können genutzt werden, durch die Variation von Parametern kann ein Verständnis für die Abhängigkeiten der Schweißergebnisse erreicht und je nach Brennerhaltung und -Führung die Ergebnisse sofort analysiert und Fehler korrigiert werden. Einzelne Simulatoren nutzen auch reale Lichtbögen.

Schweißnahtnachbehandlung

Beispiel einer mittels hochfrequenten Hämmerns nachbehandelten Schweißkonstruktion

DieBetriebsfestigkeitdynamisch belasteter geschweißter Metallkonstruktionen wird in vielen Fällen durch die Schweißnähte – insbesondere die Schweißnahtübergänge – bestimmt. Verschiedene Methoden der Nachbehandlung von Schweißnähten erlauben es, Druckeigenspannungeneinzubringen, die Randschicht zu verfestigen und dieKerbwirkungzu verringern.

Die Kerbwirkung lässt sich durch dasAusschleifender Naht sowie durch das WIG- oder Plasma-Aufschmelzen reduzieren.

Autofrettieren,Laserpeening,Kugelstrahlen,Nadeln, Hämmern sowiehochfrequentes Hämmerneignen sich zum Einbringen von Druckspannungen, wobei insbesondere die letzten drei auch die Randschicht verfestigen. Speziell dashochfrequente Hämmernmildert darüber hinaus auch die Kerbwirkung ab.

Arbeitsschutz

Gefahren durch Schweißrauch und Schweißgase

Schweißen ist mit Gefährdungen verbunden, die sich aus der Verwendung von elektrischem Strom, durch unter Druck stehende Gase, Wärme sowie aus dem Freiwerden von optischer Strahlung und Gefahrstoffen ergeben können. Die Gefährdungen sind davon abhängig, welches Schweißverfahren angewendet wird.

Gefahrstoffe in Form von Schweißrauch und Schweißgasen werden aus der Schmelze – insbesondere aus abschmelzenden Schweißzusätzen – freigesetzt. Durch Überhitzen der Schmelze bzw. des Schweißzusatzes verdampft Metall. Der Dampf steigt über der Schmelze auf, kühlt ab und bildet durch Kondensation Metallpartikel. Luftgetragene Metallpartikel werden als Schweißrauch bezeichnet. Die Zusammensetzung desRauchesist abhängig von der Zusammensetzung der zu schweißenden Werkstoffe. Rauche, die beim Schweißen von un- und niedriglegiertenStählenfrei werden, bestehen überwiegend ausEisenundManganoder derenOxiden.Beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen besteht der Rauch vorrangig ausAluminiumbzw. Aluminiumoxiden, das Schweißen von korrosionsbeständigenChrom-Nickel-StählensetztNickel- undChromverbindungen frei. Eingeatmete Eisen- und Aluminiumverbindungen können dieAtemwegebelasten und dieLungenfunktionbeeinträchtigen. Eine akuteVergiftungdurch Einatmen vonStäubenmit einem sehr hohen Mangangehalt kann zu entzündlichen Reaktionen in derLungeführen. DieseToxizitätmanifestiert sich alsBronchitisund kann sich zu einerfibrösenLungenerkrankungentwickeln. Manganhaltige Rauche können auchneurologischeStörungen, ähnlich einerParkinson-Krankheit,verursachen,sechswertige Chromverbindungen undNickeloxidsind als krebserzeugend eingestuft. DieInternationale Agentur für Krebsforschung(IARC) stuft Schweißrauch generell als krebserzeugend ein.

Schweißgase wieKohlenstoffmonoxid,Kohlenstoffdioxid,Stickstoffmonoxid,StickstoffdioxidundOzonkönnen ebenfalls die Atemwege schädigen. MSG-Schweißen setzt diese Gase nur in geringen Mengen frei, sodass die damit verbundenen Gesundheitsgefahren im Allgemeinen als gering eingeschätzt werden. Wird jedoch in engen, schlecht belüfteten Räumen geschweißt, können die Gase den Luftsauerstoff verdrängen, sodass Erstickungsgefahr besteht.

Die deutscheGesetzgebunghat zum Schutz der Beschäftigten Grenzwerte für die Luftqualität anArbeitsplätzenfestgelegt, die für die Verfahren der Schweißtechnik z. B. in derTechnischen Regel für Gefahrstoffe(TRGS) 528 „Schweißtechnische Arbeiten “aufgeführt sind. Die TRGS 528 beschreibt auch die Vorgehensweise zur Ermittlung der prozessbedingten Gefährdungen und gibt Hinweise zu Schutzmaßnahmen und arbeitsmedizinischer Vorsorge.

Als technische Schutzmaßnahme sollten üblicherweise Filteranlagen und -geräte zum Absaugen und Abscheiden von Schweißrauch eingesetzt werden. Wird die so gereinigte Luft in den Arbeitsbereich zurückgeführt, werden besondere Anforderungen u. a. an die filtertechnischen Eigenschaften der Geräte gestellt. Dies betrifft insbesondere Geräte zur Abscheidung krebserzeugender Rauche, die z. B. beim Schweißen vonChrom-Nickel-Stählenfrei werden. In diesen Fällen ist eine Luftrückführung nur für Geräte zulässig, die nach EN ISO 21904 positiv geprüft wurden.DasInstitut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung(IFA) bietet für die Gerätehersteller und Inverkehrbringer Prüfungen nach diesen Normen auf freiwilliger Basis an.Die Herstellerfirmen von positiv geprüften Filteranlagen und -geräten erhalten eine DGUV Test-Prüfbescheinigung. Filteranlagen und -geräte, die die sicherheitstechnischen Anforderungen der Norm erfüllen, sind in einer Positivliste aufgeführt.

Maßnahmen

Piktogramm „Schweißmaske benutzen “nachISO 7010

Es ist für Schweißarbeitsplätze eineGefährdungsbeurteilungzu erstellen. Hier sind alle Inhaltsstoffe des Schweißrauches zu berücksichtigen, unter anderemTitandioxid,Fluoride,Magnesiumoxid,Calciumoxid,Eisenoxideund dessen Legierungsbestandteile wieNickel,Cobalt,ChromundMangan.Beihochlegierten Stählenist, wenn möglich, auf Elektrodenschweißungen zu verzichten und auf Schutzgasschweißen oder automatisierte Verfahren auszuweichen, denn durch die fehlende Ummantelung der Elektrode werden wenigerChromatefreigesetzt.

Information

Eine entsprechend fachkundige Einweisung ist für alle abhängig Beschäftigte nach demArbeitsschutzgesetz(ArbSchG) erforderlich; weiterhin ist ein Ausbildungsnachweis (Facharbeiterbrief oder Lehrgangsprüfung einer Handwerkskammer) üblich. In vielen Industriebereichen, beispielsweise bei Bahnanwendungen, ist eineSchweißaufsichterforderlich.

Augenschutz

Mehrere automatische Schweißerschutzfilter

Beim Schweißen benötigt man optische Filter, damit man blendfrei den Schweißvorgang beobachten kann. Weiters dient der Augenschutz auch dazu, damit keine Teile oderFunkenvon der Schweißstelle in die Augen gelangen.

Beim Lichtbogenschweißen entsteht unter anderemUltraviolettstrahlung,welche insbesondere dieAugenschädigt. Weiterhin entstehtInfrarotstrahlung(Wärmestrahlung), die nicht nur auf ungeschützten Körperteilen Verbrennungen erzeugen, sondern auch die Netzhaut schädigen kann. Deshalb müssen optische Schutzgläser verwendet werden welche UV und Infrarotstrahlung ausfiltern. Die Schutzklassen für derartige Gläser sind in derEuropäischen NormEN 169 festgelegt. So sind zum Autogenschweißen die Schutzklassen 2 bis 8, für offenes Lichtbogenschweißen mit höheren Strahlenwerten die Klassen 9 bis 16 vorgesehen. Die Schutzgläser tragen eine Beschriftung, welche die Eigenschaften des Glases charakterisiert. Die Angabe ist wie folgt: Schutzklasse, Herstellerkürzel, optische Klasse 98,Norm.

Die Abdunklung war früher durch eine dunkle Färbung des Glases unveränderlich eingestellt. Ohne das helle Licht der Schweißlichtquelle ist durch diese Gläser kaum die Umgebung zu erkennen, womit die Schutzeinrichtung für die notwendigen Vor- und Nacharbeiten abgesetzt werden müssen. Diese Gläser sind in einfachen Schutzhelme mit Visieren eingearbeitet, welche kurz vor dem Schweißvorgang mit einer Hand schnell herunter geklappt werden oder bei Schildern permanent mit einer Hand vor das Gesicht gehalten werden müssen, und es dabei, meist beim Zünden des Lichtbogens, wiederholend zu kurzzeitigen Blendungen kommt.

Seit Anfang der 2000er Jahre kommen üblicherweiseautomatische Schweißerschutzfilterzu Anwendung, welche in Form einesSchutzhelmspermanent aufgesetzt bleiben können und ohne Schweißlichtquelle durch das Sichtfenster fast transparent sind. Damit können ohne optische Beeinträchtigungen die Vor- und Nacharbeiten durchgeführt werden. Die automatischen Schweißschutzfilter verdunkeln automatisch sobald der optische Sensor eine helle Schweißlichtquelle im Sichtfeld erkennt. Bei automatischen Schweißschutzfiltern sind üblicherweise der Grad der Abdunklung in einen bestimmten Bereich elektronisch einstellbar und die Verdunklung erfolgt innerhalb weniger Millisekunden, was eine Blendung bei Einsetzen des Schweißvorgangs vermeidet. Automatische Schweißerschutzfilter sind sowohl bei Autogenschweißen mit geringeren Verdunklungswerten als auch bei Lichtbogenschweißen mit hohen UV-Werten und einer stärkeren Verdunklung einsetzbar.

Da die UV-Strahlung auchHautschädigt und zu dem Effekt einesSonnenbrandesführt, muss vor allem bei hohen Schutzklassen wie bei dem Lichtbogenschweißen ungeschützte Haut im direkten Strahlungsfeld des Lichtbogens generell vermieden werden. Das betrifft unter anderem das Gesicht und den Halsbereich. Zusätzlich ist spezielle schwer entflammbare Schweißerkleidung und passende Handschuhe zu tragen, die alle freien Hautflächen sicher abdeckt. Manche Schweißverfahren sind laut, ein angemessener Gehörschutz kann daher nötig sein.

Strahlungsschutz

Eine weitere Gefahrenquelle stellen in diesem Zusammenhang auchthoriumhaltigeund damit schwachradioaktiveWolframelektroden zum WIG-Schweißen dar. So heißt es in der DGUV Information 209-049 (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e. V. DGUV)

„Werden thoriumoxidhaltige Schweißelektroden angeschliffen oder wird damit WIG-Schweißen mit Wechselstrom durchgeführt, müssen Unternehmerinnen und Unternehmer innerhalb von sechs Monaten nach Beginn der Arbeiten eine auf den Arbeitsplatz bezogene Abschätzung der Körperdosis durchführen (§ 95 Abs. 1 Strahlenschutzverordnung). Werden die zuvor genannten Arbeitsplätze so verändert, dass höhere Strahlenexpositionen auftreten können, ist eine Abschätzung erneut unverzüglich durchzuführen. “

–DGUV Information 209-049

Zentrale Schweißrauchabsaugung mitBGIA-Zertifizierung

Staubschutz

Beim Schweißen entstehen auch feinste Staubpartikel, die abgesaugt werden müssen, damit sie nicht in die Lunge des Schweißers gelangen und von dort in die Blutbahn diffundieren können. Zu diesem Zweck werden mobile oder stationäre Schweißrauchfilter eingesetzt, die diesen Feinstaub absaugen und filtern. Stand der heutigen Technik sind so genannte ePTFE-Filter (Oberflächenfiltration). Wenn keine effektive Absaugung des Schweißrauchs sichergestellt werden kann, muss der Schweißer durch einepersönliche Schutzausrüstungin Form einesGebläsefiltergerätes(PAPR) geschützt werden. Vor Sauerstoffmangel oder schädlichen Gasen in Schächten und Behältern schützen diese Geräte nicht. Wenn keine ausreichende Belüftung möglich ist, müssen umluftunabhängige Atemschutzgeräte getragen werden. Besondere Vorsicht ist beimFlammrichtenundVorwärmenmit Gasbrennern, in unzureichend belüfteten engen Räumen geboten, da die Flamme einen Teil des Atemsauerstoffs verbraucht.

Umgebungsschutz

Beim Schweißen müssen auch die Personen in der Umgebung vor der Strahlung und Lärm geschützt werden. Dazu gibt es Schweißlamellen- und Schweißervorhänge sowie Schallschutztrennwandsysteme. Bei Lichtbogenhandschweißungen ist die elektrische Gefährdung des Schweißers besonders zu beachten. Die Lichtbogenspannung liegt zwar unter dem – im Allgemeinen – gefährdenden Bereich, jedoch ist vor allem bei Arbeiten unter besonderer elektrischer Gefährdung, also beispielsweise bei Arbeiten in engen elektrisch leitenden Räumen (Kessel, Röhren etc.) eine Reihe von Vorsichtsmaßnahmen zu beachten, die unter anderem im Merkblatt BGI 553 der Metallberufsgenossenschaft vorgeschlagen werden.

Maßnahmen beim Laserschweißen

Beim Laserschweißen ist der Laserstrahl selbst eine zusätzliche Gefahrenquelle. Er ist in der Regel unsichtbar. Während Strahlung im Nahen Infrarotbereich (Festkörperlaser, Faserlaser, Diodenlaser) in die Haut und das Auge eindringt und auch bei geringen Intensitäten (Streustrahlung) Netzhautschäden verursacht, wird die Strahlung des CO₂-Lasers (Mittleres Infrarot) auf der Oberfläche (Haut und Hornhaut des Auges) absorbiert und verursacht oberflächliche Verbrennungen. Hautverbrennungen durch Laser im Nahen Infrarot sind unter anderem auch deshalb gefährlich, da die Strahlung in tiefen Gebieten unter der Haut absorbiert wird, wo sich keine temperaturempfindlichen Nerven befinden. Laser-Schweißgeräte sind in der Regel sicher gehaust (verriegelte Schutztüren, Laserschutzfenster), sie fallen dann unter die Laserklasse I und können gefahrlos ohne Laserschutzbrille bedient werden.

Bekleidung

Gegen abspritzende Schlacken- und Schweißgutpartikel wird der Schweißer durch geeignete Bekleidung geschützt, die gegen heiße Partikel widerstandsfähig sein muss, z. B. eine Lederschürze, und die keine Falten bilden darf, in denen sich diese Partikel festsetzen können.

Verbände

Die nationale und internationale Zusammenarbeit bei der Ausbildung, Zertifizierung, Normung und technisch-wissenschaftliche Weiterentwicklung im Bereich Schweiß- und Fügetechnik wird in Deutschland durch denDVS,in Europa durch dieEWFund weltweit durch dasIIWkoordiniert.

Richtlinien

Schweißingenieure verwenden die nach DIN EN ISO 2553:2014 genormten Schweißsymbole bei der symbolischen Darstellung von Schweißverbindungen intechnischen Zeichnungen.

Begriffe und Bezeichnungen werden in der ISO/TR 25901:2007 geregelt.

Siehe auch

• Schweißgerät
• Pneumatic Impact Treatment– Beispiel für ein höherfrequentes Hämmern (HFMI) – Verfahren zur Verlängerung der Ermüdungslebensdauer bzw. Schwingfestigkeit von Schweißnähten

Literatur

• Fachgruppe für die schweißtechnische Ingenieurausbildung:Fügetechnik Schweißtechnik.6., überarb. Auflage. DVS Verlag, Düsseldorf 2004,ISBN 3-87155-786-2.
• U. Dilthey, A. Brandenburg:Schweißtechnische Fertigungsverfahren.Band 3:Gestaltung und Festigkeit von Schweißkonstruktionen.2. Auflage. Springer Verlag, 2001,ISBN 3-540-62661-1.
• H. Hügel:Strahlwerkzeug Laser.(= Teubner Studienbücher Maschinenbau). Stuttgart 1992,ISBN 3-519-06134-1.
• U. Dilthey (Hrsg.):Laserstrahlschweißen – Prozesse, Werkstoffe, Fertigung, Prüfung.DVS-Verlag, Düsseldorf 2000,ISBN 3-87155-906-7.
• H. Schultz:Elektronenstrahlschweißen.(= Fachbuchreihe Schweißtechnik. Band 93). DVS-Verlag, Düsseldorf 2000,ISBN 3-87155-192-9.
• K.-J. Matthes, E. Richter:Schweißtechnik.Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2002,ISBN 3-446-40568-2.

Weblinks

Commons:Schweißen– Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Schweißen– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Überblick über die Geschichte des Schweißens