MAG-Schweißen

Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG) ist eine Form des Schutzgasschweißens und nutzt einen abschmelzenden Draht als Elektrode. Zum Schutz der Schweißnaht vor Oxidation kommt ein Schutzgas zur Verwendung, bei dem es sich in der Regel um ein Mischgas aus Argon und CO₂ (Corgon) handelt. MAG-Schweißen zeichnet sich durch eine hohe Abschmelzleistung, die Eignung für dünne bis mittlere Materialstärken und die gute Automatisierbarkeit aus. Entscheidend für gute Ergebnisse ist ein stabiler Lichtbogen, der sich durch den richtigen Druck des Schutzgases erreichen lässt. Für das Schweißen von Edelstahl finden spezielle Mischgase mit einem geringerem CO₂-Anteil oder reines Argon Verwendung, damit Korrosionsbeständigkeit gewährleistet wird.

MAG-Schweißen – das Verfahren

Das MAG-Schweißen ist in der Norm EN ISO 4063 im Prozess 135 beschrieben. Die Bezeichnung Metall-Aktivgas-Schweißen leitet sich vom eingesetzten aktiven Schutzgas ab. In dem zur Gruppe des Schutzgasschweißens gehörenden Verfahren kommen Schutzgase zur Vermeidung ungewollter chemischer Reaktionen zum Einsatz. Das Verfahren überzeugt durch die erreichbaren hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten und die guten Möglichkeiten zur Automatisierung. Das gasgeschützte Metall-Lichtbogenschweißverfahren ist daher vor allem in der industriellen Fertigung für das Fügen von metallischen Werkstoffen gut etabliert.

Im Vergleich zu anderen Schutzgasschweißverfahren wie Metall-Inertgas-Schweißen (MIG) und Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist im verwendeten Schutzgas ein Anteil einer aktiven Komponente wie beispielsweise CO₂ enthalten. MAG-Schweißen setzt abschmelzende Drahtelektroden ein.

Funktionsweise von MAG-Schweißen

Das MAG-Schweißen nutzt eine kontinuierlich zugeführte Drahtelektrode, die kurz vor dem Austritt aus dem Brenner mit Strom versorgt wird. Dies führt zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen dem Elektrodenende und dem Werkstück. Zugleich strömt aus der Schutzgasdüse das Schutzgas aus und umgibt die Elektrode konzentrisch. Es kommt zum Aufschmelzen der metallischen Verbindungsstellen durch den Verbrennungsvorgang im Lichtbogen und zur Ausbildung einer dauerhaften Verbindung. Die Schweißverbindung wird also unter Anwendung von hohem Wärmeeintrag und unter Zuhilfenahme von Schweißhilfsstoffen erreicht. Die Schweißnaht selbst setzt sich aus dem aufgeschmolzenen Grundmaterial und dem Schweißzusatz zusammen. Beim MAG-Verfahren unterscheidet man die drei Techniken Kurzlichtbogen, Langlichtbogen bzw. Sprühlichtbogen. Drahtgeschwindigkeit, Strom, Spannung und Drahtdurchmesser bestimmen die Wahl der richtigen Technik:

• Kurzlichtbogen: Drähte mit einem Durchmesser von 0,8 mm bis 1,2 mm kommen zur Verwendung. Mithilfe einer niedrigen Spannung erzeugt man einen kurzen Lichtbogen, der ein kleines, schnell erstarrendes Schweißbad erzeugt. Sobald der zugeführte Draht das Schweißbad berührt, entsteht ein Kurzschluss. Dies ist der Moment, in dem das Metall übertragen wird. Der Lichtbogen öffnet sich wieder. Der Draht wird schneller zugeführt, als der Lichtbogen ihn schmelzen kann. Daher wird der Lichtbogen schließlich durch einen weiteren Kurzschluss gelöscht. Nun beginnt der Zyklus in schneller Folge von neuem.
• Langlichtbogen: Für diese Technik sind höhere Werte für Schweißstrom und Schweißspannung erforderlich als beim Kurzlichtbogen. Durch das höhere Maß an zugeführter Energie fließt das Metall in Form von Tropfen durch den Lichtbogen. Der Durchmesser der Tropfen ist dabei größer als jener des Drahtes selbst. Die Technik ist schwieriger zu kontrollieren als beim Kurzlichtbogen. Es können Spritzer und Kurzschlüsse auftreten.
• Sprühlichtbogen: Bei einer weiteren Erhöhung von Schweißstrom und Schweißspannung verändert sich der Metalltransfer zu einem Aerosol-Lichtbogen. Der dafür erforderliche Mindeststrom hängt vom Durchmesser des Drahtes und vom verwendeten Schutzgas ab. Bei der Sprühlichtbogentechnik darf das Schutzgas nicht mehr als 15 % Kohlendioxid (CO₂) enthalten. Die Technik ist besonders für das Schweißen von dicken Werkstoffen ab 2,5 cm geeignet. Beim Sprühlichtbogen entsteht ein verhältnismäßig großes Schweißbad. Dies hat zur Folge, dass in einer flachen Position geschweißt werden muss. Ausnahmen dafür sind die Werkstoffe Kupfer und Aluminium, da sie tendenziell kleinere Schweißbäder führen.

Einsatzbereich von MAG-Schweißen

MAG-Schweißen ist ein gasgeschütztes Metall-Lichtbogenschweißverfahren. Beim Fügevorgang wird dabei eine Drahtelektrode unter Schutzgas abgeschmolzen. Ähnlich wie beim Metall-Inertgas-Schweißen (MIG) lässt sich MAG-Schweißen in jeder Position durchführen. Es muss keine Schlacke entfernt werden, der Verzug ist gering, die Anwendungssicherheit hoch. Es ist sowohl möglich eine hohe Schweißgutauftragsrate als auch hohe Schweißgeschwindigkeiten zu erzielen. Das Verfahren ist daher vor allem in der industriellen Fertigung zum Fügen metallischer Werkstoffe weit verbreitet.

MAG-Schweißen eignet sich selbst für das Schweißen dünner Bleche. Das Verfahren ist generell für die Verwendung mit einer Vielzahl von Stahlsorten geeignet:

• Baustahl
• Edelstahl
• Sonstige hochlegierte Werkstoffe

Im Vergleich dazu kommt das MIG-Schweißen insbesondere bei Nichteisenmetallen wie Aluminium oder Kupfer zum Einsatz.

Besonderheiten des MAG-Schweißens

Die beiden Verfahren MAG- und MIG-Schweißen verwenden ein Schutzgas, um das Schweißbad vor dem Sauerstoff der Umgebungsluft zu schützen. Der Unterschied liegt vor allem im verwendeten Schutzgas. Beim MAG-Schweißen nutzt man das aktive Schutzgas CO₂ und mischt einen Anteil an Inertgas bei. CO₂ ist ein im Vergleich sehr kostengünstiges Schutzgas und ist in der Lage tief in das Metall einzudringen. Um den Lichtbogen zu stabilisieren, wird mitunter Sauerstoff mit einem geringen Anteil von 1 bis 5 % zugegeben. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die Dicke des Metalls einen tieferen Einbrand erfordert. CO₂ hat jedoch auch einen Nachteil: Es verursacht mehr Spritzer als andere Schutzgase.

Mit einem geringen Anteil an Inertgas kann die Gefahr der Oxidation bereits ausreichend gemindert werden. Rost tritt nur dann auf, wenn die Schweißnaht fehlerhaft ausgeführt wurde. Dies kann bei MAG-Schweißnähten insbesondere dann der Fall sein, wenn der Einbrand nicht ausreichend ist. Als alternatives Schutzgas kann auch Helium eingesetzt werden. Höhere Kosten sind die Folge.

Die Schweißdrahtdicke ist in der Regel circa 1 mm, kann jedoch variieren. Beim MAG-Schweißen kommen neben massiven Drahtelektroden auch sogenannte Füll- oder Röhrchendrähte zum Einsatz. Diese Drähte sind je nach Anforderung mit basischen Pulvern oder Rutil gefüllt. Rutil ist eine Kristallstruktur aus Titandioxid (TiO₂) und liegt meist pulverförmig vor. Die angeführten Schweißzusätze dienen vor allem der Erhöhung des Schweißvolumens bzw. sorgen für einen Oxidationsschutz der Schmelze.

Vor- und Nachteile von MAG-Schweißen

MAG-Schweißen ist eine bewährte und vielseitige Technik – insbesondere für das Schweißen von unlegierten und niedrig legierten Stählen. Dies sind die Vorteile von MAG-Schweißen:

• Hoch produktives Verfahren
• Die Anwendungssicherheit ist hoch
• Der auftretende Verzug ist gering
• Die Schweißgeschwindigkeit ist hoch, dadurch ist die Gefahr von Verformungen gering
• An der Schweißnaht tritt keine Oxidation auf
• Es kommt zu keiner Produktion von Schlacke
• Die Wärmeeinbringung erfolgt konzentrisch
• Ein Bearbeiten in Zwangslagen ist möglich

Nachteilig sind die notwendige gründliche Schweißnahtvorbereitung und der Umstand, dass das Verfahren ohne zusätzlichen Gasschutz nur in geschlossenen Räumen eingesetzt werden kann. MAG-Schweißen ist zudem nur eingeschränkt für die Verwendung im Freien geeignet. Die Einstellung der Prozessparameter ist vergleichsweise aufwändig. Dies spielt bei industriellen Anwendungen jedoch in der Regel eine untergeordnete Rolle.

Für das MAG-Schweißen sind entsprechende Sicherheitsvorkehrungen notwendig. Dazu gehört auch eine entsprechende Belüftung, da bei sämtlichen Lichtbogen- und Autogenverfahren giftige Nitrosegase entstehen können. Nitrosegase sind Stickstoffoxide (NOx), die sich aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid zusammensetzen. Stickstoffmonoxid bildet sich beim Schweißen am Flammen- oder Lichtbogenrand aus dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff und Stickstoff. Dafür sind Temperaturen von mehr als 1000 °C erforderlich. Bei Raumtemperatur kommt es in Folge zu einer Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid. Abhängig vom Schweißverfahren und den Bedingungen am Arbeitsplatz entstehen Nitrosegase in unterschiedlicher Menge und Zusammensetzung. Die giftigen Nitrosegase sind bei höherer Konzentration am beißend-stechenden, chlorartigen Geruch zu erkennen.

MAG- oder MIG-Schweißen – Wahl des richtigen Verfahrens

Beide Verfahren sind vielseitige Schweißtechniken und kommen von kleinen Werkstätten bis zu großen Produktionsbetrieben breit zum Einsatz. Kommt ein Gas zum Einsatz, das den Schmelzprozess beeinträchtigt, dann handelt es sich um ein aktives Gas und das Verfahren wird als MAG bezeichnet. MAG kommt vor allem bei Eisenmetallen wie Kohlenstoffstahl und Kohlenstoffstahl-Legierungen zum Einsatz, also unlegierten und niedrig legierten Stählen. Das eingesetzte Hauptgas ist CO₂ und wird in der Regel mit einem – je nach Anwendung unterschiedlichen – Anteil Inertgas wie beispielsweise Argon gemischt.

Beeinträchtigt das verwendete Gas die eigentliche Verschmelzung des Metalls nicht, dann spricht man von Inertgas und es handelt sich um MIG. MIG kommt bevorzugt für das Schweißen von Nichteisenwerkstoffen zum Einsatz. Dazu gehören Kupfer und Kupferlegierungen, Bronze, Edelstahl sowie Aluminium.

Schutzgase beim MAG-Schweißen

Für das MAG-Schweißen kommen in der Regel Mischgase aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Argon zum Einsatz. Das Schutzgas hat nicht nur eine Schutzfunktion, sondern auch eine aktive Komponente. Meist handelt es sich bei der aktiven Komponente um CO₂. Mitunter wird auch ein geringer Anteil an Sauerstoff (O₂) beigemischt. Der aktive Anteil am Schutzgas dient der gezielten Gestaltung der Schweißverbindung indem folgende Aspekte beeinflusst werden:

• Einbrandverhalten
• Lichtbogenstabilität
• Metallurgie des Werkstücks

Die Zusammensetzung des verwendeten Gases wirkt sich also grundlegend auf das Schweißergebnis aus. Die Wahl des richtigen Schutzgases hängt dabei vor allem von Werkstoff, Blechdicke, Schweißposition und dem gewünschten Ergebnis ab. Die Empfehlungen der Schweißgerätehersteller und des Schutzgaslieferanten sollten berücksichtigt werden.

Während für Stahl häufig ein Mischgas mit einem geringem CO₂-Gehalt von beispielsweise 18 % empfohlen wird, kommt bei Kupfer oder Aluminium reines Argon bzw. ein Mischgas mit höherem CO₂-Gehalt zur Verwendung. Hier eine Auswahl häufig verwendeter Schutzgase für bestimmte Werkstoffe:

• Stahl: Mischgas mit einem Anteil von 82 % Argon und 18 % CO₂ (Corgon 18). Das Mischgas zeichnet sich durch gute Schweißergebnisse sowie eine deutliche Minderung von Spritzern aus.
• Stahl: Mischgas mit einem Anteil von 80 % Argon und 20 % CO₂. Das Mischgas ermöglicht eine bessere Einbrandkontrolle und sorgt für spritzarmes Schweißen.
• Unlegierte bzw. niedrig legierte Stähle: Je nach Anwendungsbereich haben sich Schutzgase mit einer Zusammensetzung von 86 – 92 % Argon sowie 14 – 8 % CO₂ bewährt. Es kommen auch Schutzgase mit einem geringen Sauerstoffanteil zur Verwendung, beispielsweise mit 86 % Argon, 12 % CO₂ sowie 2 % O₂. Das Schutzgas gewährleistet gute Schweißeigenschaften bei mittlerer Schweißgeschwindigkeit und schützt den Lichtbogen sowie das Schweißbad zuverlässig vor dem Kontakt mit Atmosphärengasen. Die Bildung von Spritzern und Rauch lässt sich ebenso wie die Ablagerung von Schlacken auf der Schweißnaht deutlich verringern. 
• Aluminium: Ein inertes Schutzgas und damit MIG ist in der Regel die bessere Option. Zum Einsatz kommt reines Argon bzw. ein Argon-Helium-Mischgas je nach Blechdicke. Argon 4.6 sowie Argon 4.8 sind gängige Qualitäten. Der Heliumanteil erhöht sich mit der Blechdicke. Die Rolle von Argon ist dabei, die Schweißnaht vor Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft zu schützen und eine Oxidation zu verhindern. Helium verbessert speziell bei dickeren Materialien den Einbrand und erhöht die Schweißgeschwindigkeit.
• Edelstahl: Mischgas mit einem Anteil von 98 % Argon und 2 % CO₂. Der CO₂-Anteil ist gering, dennoch ist ein kleiner Bestandteil von aktivem Schutzgas enthalten. MIG mit reinem Argon als Schutzgas kann die bessere Option sein, da die Verwendung von Mischgasen mit einem CO₂-Anteil bei Edelstahl zu Korrosion führen kann.

Generell kann festgehalten werden, dass ein höherer CO₂-Anteil im Mischgas den Einbrand verbessert und sich positiv auf die Spritzersituation auswirken kann. Ein höherer Argon-Anteil kann die Oxidationsneigung verringern und ein besseres Wärmeleistungsverhalten bewirken. Helium ist in der Lage bei gut wärmeleitenden Werkstoffen wie Aluminium den Einbrand zu verbessern sowie die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen. Je höher die spezifische Reinheit des Schutzgases ist, desto vorteilhafter wirkt sich dies auf die Qualität der Schweißnaht und die Vermeidung von Verunreinigungen aus. Gängige Qualitäten von Argon sind beispielsweise

• Argon 4.6 mit einer Reinheit von zumindest 99,996 %
• Argon 4.8 mit einer Reinheit von zumindest 99,998 %
• Argon 5.0 mit einer Reinheit von zumindest 99,999 %

Richtiger Druck beim Schutzgasschweißen

Der richtige Druck des Schutzgases spielt beim MAG-Schweißen eine wesentliche Rolle um eine hochwertige Schweißnaht zu erreichen. Die erforderliche Gasmenge ist abhängig von der Schweißtechnik (Kurzlichtbogen, Langlichtbogen, Sprühlichtbogen), der Drahtstärke, der Materialdicke sowie der Stromstärke. Die Einstellung der korrekten Gasmenge erfolgt über einen Durchflussmengenmesser oder einen Druckminderer mit Flowmeter.

Während beim Kurzlichtbogen von einem Verbrauch von circa 10 – 12 l/min auszugehen ist, beträgt der Verbrauch beim Sprühlichtbogen etwa 15-20 l/min.

Für die Ermittlung der passenden Gasmenge gibt es eine in der Praxis im Heimwerkerbereich beliebte Faustregel: Gasmenge (l/min) = Drahtdurchmesser (mm) x 10

Kommt also beispielsweise eine Drahtelektrode mit 1 mm Durchmesser zur Verwendung, dann reichen laut Faustregel in geschlossenen Werkstatträumlichkeiten 10 l/min Schutzgas aus. Falls Zugluft herrscht, ist mehr Gas nötig.

Die angegebenen Werte sind lediglich als Orientierung zu verstehen und sollten stets abhängig von den Einflussfaktoren individuell angepasst werden.