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Verfahrensübersicht

Fügen

Trennen

Beschichten

Die Autogenverfahren
Gasschmelzschweißen / Autogenschweißen
Das handliche Autogenschweißen zählt zu den ältesten Fügeverfahren. Hierbei wird durch eine Brenngas/Sauerstoffflamme das zu fügenden Metall im Fügebereich auf Schmelztemperatur erhitzt. Unter Zugabe eines Schweißzusatzwerkstoffes (Schweißdraht) verschmelzen die zu fügenden Bauteile und es entsteht eine stoffschlüssige Verbindung. Als Brenngas wird ausschließlich Acetylen verwendet. Beliebt ist dieses Verfahren noch heute im Bereich Montage und Instandhaltung.

Vorteil des Autogenschweißens ist die reduzierende Flamme, die den Erfordernissen der Schweißaufgabe angepasst werden kann. Weitere Vorteile: gute Spaltüberbrückbarkeit, geringe Anforderungen an die Schweißfugenvorbereitung, Ortsunabhängigkeit des Verfahrens. Autogen geschweißt werden können sowohl Stahl als auch NE-Metalle.
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Flammlöten
Auch beim Flammlöten kommt eine Brenngas/Sauerstoff-Flamme zum Einsatz. Die Oberflächen der Fügepartner werden jedoch nicht aufgeschmolzen sondern bis kurz oberhalb der Schmelztemperatur des Lotwerkstoffes erhitzt. Das meist drahtförmige Lot wird unter fortwährender Erhitzung zugegeben und aufgeschmolzen. Zwischen den Fügepartnern ist ein kleiner Spalt einzuhalten in den das Lot einfließen kann. Durch Verwendung eines Flussmittels wird die Benetzung der Bauteile mit dem Lot verbessert. Hierdurch entsteht ebenfalls eine stoffschlüssige Verbindung.

Das Löten (Hart- und Weichlöten) zählt ebenfalls zu den ältesten aber zugleich modernsten Verfahren des stoffschlüssigen Fügens. Der technische Fortschritt und seine Anforderungen sowie eine kostenbewusste Fertigungsplanung führen zum Einsatz aller gängigen Kohlenwasserstoffe sowie von Wasserstoff als Brenngas.

Durch Zusatz eines Flussmittels in den Brenngasstrom (Fluxlöten) ist das Verfahren in Lötstraßen und Lötkarussells auch automatisierbar.
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MSG-Schweißen
Das MSG-Schweißen ist das meist verbreitete Schweißverfahren. In Abhängigkeit vom zu schweißenden Grundwerkstoff und der verwendeten
Schutzgase unterteilt man die Verfahren:

  • Metall-Aktivgas Schweißen (MAG)
  • Metall-Inertgas Schweißen (MIG)

Der Verfahrensaufbau ist in beiden Fällen gleich. Eine endlose Drahtelektrode wird von einer Drahtfördereinrichtung dem Lichtbogen zugeführt und unter einem Schutzgasmantel abgeschmolzen. Das Bild zeigt den Aufbau eines MSG-Schweiß-Prozesses.

Die Schutzgase haben je nach Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften und somit verschiedene Einflüsse auf das Schweißergebnis. Die Hauptaufgabe ist die Abschirmung der flüssigen Schmelze von der Atmosphäre. Diese enthält Stickstoff, Sauerstoff und Feuchtigkeit. Je nach zu schweißendem Werkstoff wirken sich diese negativ auf die Schweißnaht aus oder führen sogar zum Versagen der Schweißung.
Schutzgase beeinflussen:

  • die Art des Werkstoffüberganges
  • das Fließverhalten der Schmelze
  • das Zündverhalten des Lichtbogens
  • die Lichtbogenstabilität
  • die Wärmeübertragung
  • das Einbrandprofil
  • die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes
  • die Spritzerhäufigkeit und -größe

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MSG-Löten
Für das Fügen verzinkter Feinbleche (bis ca. 40 µm Schichtdicke) bietet das Metall-Schutzgaslöten, kurz MSG-Löten, im Vergleich zum Metall-Aktivgas-(MAG)-Schweißen wichtige Vorteile: hohe Prozesssicherheit, bessere Qualität der Lötnähte, sehr gute Verbindungsfestigkeit sowie sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund hat das MSG-Löten im Automobilbau seinen festen Platz gefunden.

Das Metall-Schutzgas Löten ähnelt dem MAG-Schweißen. Es wird lediglich der Schweißzusatzwerkstoff (SZW) durch einen Draht aus geeignetem Lot ersetzt. Durch die richtige Wahl der Parameter – Strom, Spannung, Drahtvorschub - wird das Anschmelzen der Oberflächen der zu fügenden Bauteile verhindert. Es entsteht eine Verbindung wie beim Flammlöten. Häufig verwendete Lot-Werkstoffe sind:

Bezeichnung

Schmelzbereich

[°C]

Streckgrenze

[N/mm²]

Zugfestigkeit

[N/mm²]

Dehnung

[%]

CuSi3 900 - 1025 250>120 340 - 460 40-46
CuAl8 1030 - 1040 180 380 - 450 40
CuAl8Ni2 1030 - 1050 290 530 - 590 >30
CuAl5Mn1Ni1 1043 - 1074 - 430 35

Zum MSG-Löten wird Argon als Standard-Schutzgas eingesetzt. Dies führt aber nicht immer zu optimalen Ergebnissen. Aufgrund umfangreicher Erfahrungswerte empfiehlt Messer, beim MSG-Löten ein Schutzgasgemisch aus Argon mit geringen Aktivgasanteilen einzusetzen. Das Ergebnis sind Lötnähte mit glatter Oberfläche und günstigen Nahtübergängen zum Grundwerkstoff.
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WIG-Schweißen
Das WIG-Schweißen unterscheidet sich in erster Linie von MSG-Schweißen durch die Zuführung des Schweißzusatz-
werkstoffes (SZW), der nicht wie beim MSG-Schweißen als Elektrode kontinuierlich dem Prozess zugeführt wird. Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen dem Bauteil und einer nicht abschmelzenden Wolfram-Elektrode. Der SZW wird hier getrennt zugeführt, dies kann manuell oder mechanisiert erfolgen. Das Schutzgas hat die Aufgabe die Elektrode und das Schmelzbad vor den negativen Einflüssen der Atmosphäre zu schützen. Besonders der Sauerstoff würde zu einer Zerstörung der Elektrode führen.

Das WIG-Schweißen eignet sich besonders gut zum Schweißen hochlegierte Stähle, Aluminium und andere NE-Metalle. Bei hochlegierten Stählen und Ni-Basis-Werkstoffen wird als reduzierende Komponente ein kleiner Anteil (2 % bis 7,5 %) Wasserstoff zugemischt. Bei Leichtmetallen und Kupfer hat sich je nach Werkstückdicke ein Zusatz von Helium bewährt (bis zu 90 %). Der Prozess kann sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden. Gleichstrom mit positiv gepolter Elektrode wird üblicherweise zum Schweißen von Stählen, Kupfer, Nickellegierungen, Titan und Zirkonium verwendet. Bei Aluminium wird Wechselstrom eingesetzt.
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Plasmaschweißen
Das Plasmaschweißen ist dem WIG-Schweißen ähnlich. Hierbei wird der Lichtbogen durch eine schmale Gasdüse verdeckt und durch den geringen Öffnungsquerschnitt und die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Gase eingeschnürt.

Das Plasmaschweißen unterscheidet sich vom WIG-Schweißen durch den von einer wassergekühlten Düse eingeschnürten Lichtbogen. Dieser tritt als Plasmastrahl hoher Temperatur und Leistungsdichte aus der Düse. Ein zusätzlicher Schutzgasmantel umgibt den Plasmastrahl und schützt die Schmelze vor der umgebenden Luft. Plasmaschweißen wird meistens bei Stumpfnähten von Blechen und Rohren angewendet. Sein Hauptvorteil ist ein kontrollierter Einbrand und eine hohe Schweißnahtgüte. Das die Elektrode umgebende Gas ist meist Argon. Neben diesem Plasmagas braucht man auch ein Schutzgas, um die Oxidation des Schweißbades zu vermeiden (üblicherweise Argon mit 5 % Wasserstoff).
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Formieren
Beim Schweißen hochlegierter Stähle muss die Wurzel ebenfalls vor dem Kontakt mit Luftsauerstoff geschützt werden. Auch beim MAG-Schweißen wird oft mit Wurzelschutz gearbeitet. Gefordert ist an der Wurzel in der Regel ein Restsauerstoffgehalt von weniger als 20 ppm. Welche Anlauffarben zulässig sind, hängt von der jeweiligen Bauteilverwendung ab. Kleine Rohre werden zum Schutz der Schweißwurzel mit einem Schutzgas durchströmt. Wichtig ist hierbei die angepasste Auslassöffnung. Bei größeren Rohren wird das Wurzelschutzgas gezielt mit Hilfsvorrichtungen an die Schweißnaht geführt. Auf eine ausreichend lange Vorströmzeit ist zu achten.

In der Regel werden sogenannte Formiergase, Stickstoff/Wasserstoff-Gemische, eingesetzt. Die Wasserstoffkomponente gibt mehr Sicherheit gegen Reste von Luftsauerstoff. Hierzu werden unter Baustellenbeding-ungen prinzipiell höhere Wasserstoff-Gehalte verwendet als in der Werkstatt.

Zur Überprüfung kann die Sauerstofffreiheit exakt gemessen werden. Wichtig ist bei diesem Verfahren die korrekte Vorgehensweise.

Das Formieren kann auch beim Schweißen unlegierter Stähle oder Aluminium eingesetzt werden. Hier erzeugt es eine gleichmäßige, oxydfreie Wurzel. Als Formiergas kommt hier Schweißargon zum Einsatz.
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Trennen

Brennschneiden
Beim Brennschneiden wird das zu schneidende Bauteil an der Oberflächen durch die Heizflamme auf Zündtemperatur erhitzt. Wenn der Werkstoff die Zündtemperatur erreicht hat, wird er mit einem Sauerstoffstrahl verbrannt. Daher der Name „Brennschneiden“. Da dieser fortlaufende Prozess exotherm ist, wird für die Erhitzung über die gesamte Blechdicke keine weitere Energie benötigt. Die Heizflamme liefert ausschließlich die Wärme für das Aufheizen der Oberfläche. Damit beim Schneiden die Richtung ohne drehen der Schneiddüse gewechselt werden kann, ist die Heizflamme ringförmig um den Schneidkanal angeordnet. Vorraussetzung für das Brennschneiden ist nur, dass die Zündtemperatur des Werkstoffes niedriger ist als seine Schmelztemperatur. Bei höher legierten Stählen oder bei NE-Metallen ist dies nicht der Fall, daher werden diese mit dem Plasma- oder Laserverfahren geschnitten.
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Plasmaschneiden
Das Plasmaschneiden eignet sich besonders für hochlegierte Stähle und NE-Metalle bei höheren Blechdicken. Der Lichtbogen wird durch den hohen Druck des Schneidgases gebündelt. Durch die extrem hohe Temperatur des Lichtbogens wird das Material aufgeschmolzen oder auf Zündtemperatur erhitzt. Das Material kann nun durch das Schneidgas verbrannt oder aus der Fuge gedrückt werden. Bei niedrigen Blechdicken ist das Plasmaschneiden dem Laserstrahlschneiden bezüglich der Schnittqualitäten unterlegen, bei höheren Blechdicken ist es jedoch wirtschaftlicher. Besonders hohe Schnittqualitäten werden mit dem Feinstrahl-Plasmaschneiden erreicht.
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Laserschneiden
Beim Laserschneiden dient ein Laserstrahl als Wärmequelle. Auch hierbei wird das Material, wenn es Zündtemperatur erreicht hat oder aufgeschmolzen ist, durch den Schneidgasstrahl verbrannt oder aus der Fuge ausgeblasen.
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Fugenhobeln / Brennfugen
Das Brennfugen folgt dem Prinzip des Brennschneidens. Im Unterschied hierzu wird eine gekrümmte Brennschneiddüse verwendet. Das verbrannte Material (Schlacke) wird durch den Sauerstoffstrahl und die Abgase der Heizflamme aus der Fuge ausgetragen. Besonders geeignet ist dieses Verfahren zum Entfernen schadhafter Schweißnähte.
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Flammstrahlen
Das Flammstrahlen dient zur Oberflächenreinigung und Vorbehandlung von Beton und Stahl. Der Blockbrenner besteht aus dicht aneinander angeordneten Düsen, so dass eine Reihe kleiner Heizflammen entsteht. Dieser Brenner wird nun direkt über die zu reinigende Oberfläche geführt. Beim Strahlen von Beton (DVS Richtlinie 0302) führt die kurzzeitige Erhitzung der Oberfläche zu einem Abplatzen einer dünnen Schicht. Eventuell vorhandene Lacke, Moos oder andere Verunreinigungen werden dabei ebenfalls entfernt. Es entsteht eine saubere Oberfläche die für das Auftragen von Farben, Putz oder anderen Beschichten geeignet ist.

Beim Strahlen von Stahl werden arteigene und artfremde Bestandteile an der Oberfläche verbrannt, reduziert oder abgelöst und durch den Druck der Flamme mechanisch entfernt. Häufige Anwendungen sind z. Bsp. der Schiffsbau oder Brückenbau. Arbeiten dieser Art dürfen jedoch nur von Personen durchgeführt werden, die eine entsprechende Eignung / Ausbildung vorweisen können.
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Brennbohren
Beim Brennbohren wird eine Sauerstofflanze verwendet. Diese besteht aus einem Rohr, welches mit Stahldrähten gefüllt ist. Diese Lanze wird an einem Ende auf Zündtemperatur erhitzt und vom anderen Ende aus mit Sauerstoff gespült. Hierdurch fängt die Lanze selbständig an zu brennen. Mit diesem Werkzeug kann man nun in Beton oder Stahl bohren. Empfehlenswert ist dieses Verfahren auch für das Anstechen beim Brennschneiden höherer Blechdicken.
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Beschichten

Thermisches Spritzen
Das Thermische Spritzen hat sich zu einem der bedeutendsten Beschichtungsverfahren entwickelt. Die wichtigsten Verfahrensvarianten sind:

  • Flammspritzen mit Pulver oder Draht,
  • Plasmaspritzen an Atmosphäre, im Vakuum oder unter kontrollierter Atmosphäre,
  • Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Pulver oder Draht.

So vielfältig die Oberflächenbeschichtungen dieser thermischen Spritzverfahren sind, so verschieden sind die Anforderungen an die benötigten Gase.

Während beim Flammspritzen prinzipiell mit Acetylen und Drücken bis 2,5 bar gearbeitet werden kann, werden beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen deutlich höhere Drücke, zwischen 5 und 8 bar bevorzugt. Der Trend bewegt sich aber immer weiter zu höheren Drücken, etwa bis 10 bar und mehr.Mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen werden hochwertige Beschichtungen erzeugt, die sich durch hohe Dichte, gute Haftung und Verschleißbeständigkeit auszeichnen. Um diese Eigenschaften sicherzustellen, muss mit hohen Drücken gearbeitet werden.
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IHR/E ANSPRECHPARTNER/IN
hildebrandt

Dr. Bernd Hildebrandt
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Leiter TM Schweißen & Schneiden
Tel: +49 (0) 2151 7811-236
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