Schweißzusatzwerkstoffe bilden oder verstärken die Schweißnaht. Bei den Zusatzwerkstoffen handelt es sich in Abhängigkeit von Anwendung und verschweißtem Material um Stäbe, Drähte oder Pulver. Aufgabe in der Metallverarbeitung ist jenen Schweißzusatzwerkstoff zu wählen, der zu Grundmaterial und Schweißprozess passt. Das Ziel ist ein Optimum hinsichtlich Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Langlebigkeit und Effizienz für die Schweißverbindung zu erreichen.
Arten von Schweißzusatzwerkstoffen
Beim Verbindungsschweißen bringt man Schweißzusatzwerkstoffe zusammen mit dem Grundwerkstoff zum Schmelzen. Die gemeinsame Schmelze wird als Schweißgut bezeichnet. Nach dem Erstarren bilden sie die Schweißnaht. Die Aufgabe des Zusatzwerkstoffs beim Schweißen ist vergleichbar mit jener von Lot beim Löten oder von Klebstoff beim Kleben. Ein Spezialfall ist das Auftragschweißen, bei dem der Zusatzwerkstoff die aufgebrachte Schicht bildet. Zusatzwerkstoffe kommen in der Regel in Form zugeführter Drähte oder Stäbe bzw. als Pulver oder Pasten zum Einsatz.
Beim Metallschutzgasschweißen (MAG) kommen vor allem Schweißdrähte zur Verwendung:
- MIG / MAG / WIG: Für die automatisierten bzw. halbautomatisierten Schweißverfahren MIG / MAG (Metall-Intergas / Metall-Aktivgas) und WIG (Wolfram-Inertgas) kommen als Zusatzwerkstoffe vor allem Schweißdrähte in Form von Drahtelektroden zum Einsatz.
- Massivdrähte: Massivdrähte weisen einen durchgehenden Metallquerschnitt auf und sind in verschiedenen Legierungen erhältlich. Massivdrähte kommen häufig in Kombination mit einem Schutzgas zum Einsatz. Das Schutzgas schützt die Schmelze vor atmosphärischer Kontamination.
- Fülldrähte: Fülldrähte haben einen rohrförmigen Querschnitt. Dieser ist mit Pulver gefüllt, das Flussmittel, Legierungselemente oder Schutzgasbildner enthalten kann. Mithilfe von Fülldrähten lassen sich höhere Abschmelzleistungen erreichen. Fülldrähte ermöglichen Schweißungen ohne externes Schutzgas, da das enthaltene Flussmittel eine eigene Schutzgasatmosphäre erzeugt.
- Schweißstäbe kommen in Form von Elektroden vor allem für das E-Hand-Schweißen (Lichtbogenhandschweißen) zum Einsatz:
- Schweißstäbe: Sie bestehen aus einem metallischen Kernstab und sind von einer Umhüllung aus Flussmittel umgeben. Die Umhüllung schützt nicht nur das Schweißbad, sondern stabilisiert auch den Lichtbogen und sorgt für das Einbringen zusätzlicher Legierungselemente.
- Typen von Schweißstäben: Zu den gängigen Elektrodentypen gehören jene mit basischer, aus Zellulose bestehender, aus Rutil bestehender sowie saurer Umhüllung. Je nach Umhüllung unterscheiden sie sich in ihren Schweißeigenschaften und den erzeugten Schweißnähten.
- Gasschmelzschweißen: Beim Gasschmelzschweißen hält man den Schweißstab in die Flamme des Brenners und bringt ihn dadurch zum Abschmelzen.
- Lichtbogenhandschweißen: Das Lichtbogenhandschweißen nutzt Stabelektroden, die als Elektrode eingesetzt werden. Ihre Umhüllung bildet Schutzgas und Schlacke, um das Schweißgut zu schützen.
- WIG-Schweißen: WIG-Schweißstäbe sind unbeschichtet, was sie damit von E-Hand-Elektroden unterscheidet. WIG-Schweißstäbe werden manuell in den Schweißbereich geführt und sind in einer breiten Palette von passenden Legierungen erhältlich. WIG-Schweißstäbe kommen immer gemeinsam mit einem inerten Schutzgas wie Argon zum Einsatz.
Schweißpulver kommen primär beim Unterpulverschweißen (UP) zum Einsatz. Indem das Pulver den Lichtbogen und das Schweißbad vollständig bedeckt, schützt es vor der Atmosphäre. Das Pulver kann zusätzliche Legierungselemente enthalten. Es beeinflusst die Form der Schweißnaht und deren metallurgische Eigenschaften.
Schweißhilfsstoffe zählen nicht zu den Zusatzwerkstoffen. Auch wenn Schweißhilfsstoffe das Schweißen erleichtern oder manchmal erst ermöglichen, so werden sie nicht zu einem Teil des Werkstückes. Beispiele für Schweißhilfsstoffe sind
- Umhüllung der Stabelektroden
- Schutzgase beim Schutzgasschweißen
- Pulver beim Unterpulverschweißen
- Vakuum beim Elektronenstrahlschweißen
- Flussmittel
Einsatz von Schweißzusatzwerkstoffen in der Metallverarbeitung optimieren
Der optimierte Einsatz von Schweißzusatzwerkstoffen kann erhebliche Effizienzsteigerungen und Qualitätsverbesserungen bringen. Für eine Optimierung ist es erforderlich folgende Aspekte im Detail zu analysieren:
- Materialanalyse: Eine exakte Analyse der Grundwerkstoffe vor dem Schweißen ist essenziell. Nur auf Basis der Erkenntnisse der Materialanalyse lässt sich der passende Zusatzwerkstoff mit den richtigen Legierungselementen und mechanischen Eigenschaften auswählen, um eine den Anforderungen entsprechende Naht herzustellen. Eine mangelhafte Materialanalyse des Grundmaterials hat oft Fehler bzw. Nacharbeiten zur Folge.
- Genaue Abstimmung auf das Schweißverfahren: Jede Schweißtechnik hat spezifische Anforderungen an den Zusatzwerkstoff. Sind Schweißverfahren und Zusatzwerkstoff nicht gut aufeinander abgestimmt, dann sind mangelhafte Nähte, eine erhöhte Spritzerbildung oder eine instabile Lichtbogenführung die mögliche Konsequenz. Es ist ratsam sich exakt an die Empfehlungen des Herstellers von Schweißgerät und Zusatzwerkstoffen zu halten.
- Prozessoptimierung: Eine präzise auf den gewählten Zusatzwerkstoff passende Geräteeinstellung hinsichtlich Stromstärke, Spannung, Drahtvorschubgeschwindigkeit und Gasfluss muss sichergestellt sein. Erfolgsentscheidend sind regelmäßige Schulungen für die Schweißer, um die optimale Parametereinstellung und die richtige Schweißtechnik sicherzustellen.
- Lagerung sowie Handhabung: Meist sind Schweißzusatzwerkstoffe gegenüber Feuchtigkeit, Oxidation oder mechanischen Beschädigungen empfindlich. Eine nicht sachgemäße Lagerung kann zu Porosität oder Rissen in der Naht führen bzw. die Schweißeigenschaften negativ beeinflussen. Als wichtige Maßnahmen sind die geschützte Lagerung der Drähte sowie eine Trockenkammer für Elektroden zu nennen.
- Qualitätssicherung: Mithilfe einer vollständigen Dokumentation der verwendeten Zusatzwerkstoffe, Chargennummern und Schweißparameter ist im Fehlerfall die Rückverfolgbarkeit gegeben. Zudem ist eine kontinuierliche Prozessoptimierung aufgrund der Dokumentation möglich. Ergänzt werden sollten die Qualitätssicherungsmaßnahmen durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen der Schweißnähte in regelmäßigen zeitlichen Abständen.
- Technisch und wirtschaftlich beste Lösung finden: Eine Kosten-Nutzen-Analyse sollte fixer Bestandteil des Prozesses sein, um die Kosten des Zusatzwerkstoffs gegen die gewünschten mechanischen Eigenschaften, die Produktivität des Schweißprozesses und die Lebensdauer der Schweißverbindung abzuwägen.
- Kooperation mit Herstellern: Die Zusammenarbeit mit Herstellern von Schweißzusatzwerkstoffen kann eine werthaltige Hilfestellung bei der Wahl und der Anwendung des Zusatzwerkstoffes sein.
