Einleitung
Das Schweißen gehört zu den bedeutendsten Fügetechniken der modernen Industrie. Es ermöglicht, metallische oder thermoplastische Werkstoffe dauerhaft und kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Ob im Maschinenbau, in der Fahrzeugtechnik, im Schiffbau, in der Luft- und Raumfahrt oder im Bauwesen – Schweißverfahren sind aus der heutigen Produktion nicht mehr wegzudenken.
Doch Schweißen ist weit mehr als das bloße „Zusammenfügen“ von Metallen. Es handelt sich um ein hochkomplexes thermisches oder mechanisches Verfahren, das fundiertes Fachwissen, präzise Technik und fortschrittliche Ausrüstung erfordert. In diesem Artikel beleuchten wir die verschiedenen Schweißverfahren, deren Anwendungsgebiete, Vorteile, Nachteile und die Zukunftsperspektiven der Schweißtechnik im Zeitalter der Automatisierung und Digitalisierung.
1. Grundlagen des Schweißens
1.1 Was ist Schweißen?
Schweißen ist ein Verfahren, bei dem Werkstücke unter Anwendung von Wärme, Druck oder einer Kombination aus beidem stoffschlüssig verbunden werden. Die Verbindung entsteht entweder durch das Aufschmelzen der Werkstoffe selbst oder mithilfe eines zusätzlichen Schweißzusatzes (z. B. Schweißdraht oder Elektrode).
Das Ziel des Schweißens ist eine dauerhafte Verbindung, die mindestens die gleiche Festigkeit wie der Grundwerkstoff besitzt.
1.2 Historische Entwicklung
Bereits in der Antike wurde mit einfachen Schmiedeverfahren geschweißt. Die eigentliche moderne Schweißtechnik entwickelte sich jedoch im 19. und 20. Jahrhundert mit der Entdeckung des Lichtbogens und der Einführung von elektrischen Schweißverfahren. Seitdem hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt – von manuellen Verfahren bis hin zu vollautomatischen Roboter-Schweißanlagen.
2. Klassifizierung der Schweißverfahren
Schweißverfahren werden nach der DIN EN ISO 4063 klassifiziert. Man unterscheidet sie grundsätzlich in zwei Hauptgruppen:
- Schmelzschweißverfahren
- Pressschweißverfahren
Darüber hinaus existieren Sonderverfahren, die auf speziellen physikalischen Prinzipien beruhen.
3. Schmelzschweißverfahren
Bei diesen Verfahren wird der Werkstoff durch Wärmezufuhr geschmolzen, um eine Schweißverbindung zu erzeugen. Der Druck spielt hier eine untergeordnete Rolle.
3.1 Lichtbogenschweißen
Das Lichtbogenschweißen ist eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren in der Metallverarbeitung. Dabei entsteht ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, der Temperaturen von über 6000 °C erreichen kann.
3.1.1 Elektrodenschweißen (E-Hand-Schweißen)
Beim E-Hand-Schweißen wird eine umhüllte Stabelektrode verwendet. Der Lichtbogen brennt zwischen Elektrode und Werkstück. Der Schweißzusatz schmilzt ab und bildet die Schweißnaht.
Vorteile:
- Universell einsetzbar
- Geringe Geräteinvestition
- Mobil einsetzbar
Nachteile:
- Geringe Schweißgeschwindigkeit
- Erfordert erfahrene Schweißer
Typische Anwendungen:
Rohrleitungsbau, Stahlkonstruktionen, Instandhaltungsarbeiten
3.1.2 MIG/MAG-Schweißen
Beim Metall-Inertgas (MIG) bzw. Metall-Aktivgas (MAG)-Schweißen wird ein endloser Draht als Elektrode kontinuierlich zugeführt.
- MIG nutzt inertes Schutzgas (Argon, Helium)
- MAG nutzt aktives Schutzgas (CO₂ oder Mischgase)
Vorteile:
- Hohe Produktivität
- Gute Automatisierbarkeit
- Geringe Nacharbeit
Nachteile:
- Empfindlich gegenüber Wind (bei Außenarbeiten)
- Teurere Anlagen
Anwendungsgebiete:
Automobilindustrie, Anlagenbau, Schiffbau
3.1.3 WIG-Schweißen (TIG-Schweißen)
Beim Wolfram-Inertgas-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Es kann mit oder ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet werden.
Vorteile:
- Sehr saubere Nähte
- Gute Kontrolle der Wärmeeinbringung
- Ideal für dünne Bleche
Nachteile:
- Niedrige Schweißgeschwindigkeit
- Höhere Kosten
Anwendungen:
Rohrleitungen aus Edelstahl, Luftfahrt, Apparatebau
3.2 Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen)
Hierbei wird die Wärme durch eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme erzeugt (z. B. Acetylen). Es ist ein älteres, aber immer noch bewährtes Verfahren.
Vorteile:
- Geringe Geräteanschaffung
- Flexibel einsetzbar
Nachteile:
- Geringe Wirtschaftlichkeit
- Große Wärmeeinflusszone
Anwendungsbereiche:
Dünnblechbearbeitung, Rohrleitungen, Reparaturschweißungen
3.3 Plasmaschweißen
Eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens. Der Lichtbogen wird durch eine enge Düse geführt, wodurch ein Plasma mit sehr hoher Energiedichte entsteht.
Vorteile:
- Sehr präzise
- Tiefer Einbrand
- Gute Automatisierung
Anwendungsgebiete:
Feinmechanik, Medizintechnik, Edelstahlverarbeitung
4. Pressschweißverfahren
Bei diesen Verfahren erfolgt die Verbindung durch Druckeinwirkung, häufig in Kombination mit Wärmezufuhr.
4.1 Widerstandsschweißen
Die Wärme entsteht durch den elektrischen Widerstand zwischen den Werkstücken.
4.1.1 Punktschweißen
Beim Punktschweißen werden zwei Bleche an bestimmten Punkten unter Druck und Stromfluss verbunden.
Vorteile:
- Sehr schnell
- Automatisierbar
- Keine Zusatzstoffe erforderlich
Anwendungsbereiche:
Karosseriebau, Blechverarbeitung
4.1.2 Rollnahtschweißen
Ähnlich wie Punktschweißen, aber mit rotierenden Elektrodenrollen. Es entstehen dichte, kontinuierliche Nähte.
Anwendung:
Tanks, Behälter, Rohre
4.2 Reibschweißen
Hier wird Wärme durch mechanische Reibung erzeugt. Nach dem Erreichen der Schweißtemperatur wird Druck ausgeübt, um die Werkstücke zu verbinden.
Vorteile:
- Keine Zusatzstoffe
- Kurze Schweißzeit
- Gute Festigkeit
Nachteile:
- Nur für rotationssymmetrische Teile
Anwendungen:
Achsen, Wellen, Flugzeugkomponenten
4.3 Ultraschallschweißen
Dieses Verfahren nutzt hochfrequente Schwingungen (20–70 kHz), um thermoplastische Materialien oder dünne Metalle miteinander zu verbinden.
Vorteile:
- Schnell, sauber, energiesparend
- Keine Zusatzstoffe
Anwendungen:
Elektronik, Medizintechnik, Kunststoffgehäuse
5. Sonderverfahren des Schweißens
Neben den konventionellen Verfahren existieren moderne, spezialisierte Methoden, die auf anderen Energiequellen beruhen:
5.1 Laserstrahlschweißen
Der Laserstrahl liefert extrem konzentrierte Energie, wodurch tiefe und präzise Schweißnähte entstehen.
Vorteile:
- Sehr schmale Wärmeeinflusszone
- Hohe Geschwindigkeit
- Perfekt für automatisierte Fertigung
Anwendungen:
Automobilbau, Präzisionsteile, Elektronik
5.2 Elektronenstrahlschweißen
Hier wird ein Elektronenstrahl im Vakuum auf das Werkstück gerichtet.
Vorteile:
- Extrem tiefer Einbrand
- Beste Nahtqualität
Nachteile:
- Teure Anlagen, Vakuumbedingungen erforderlich
Anwendung:
Raumfahrt, Turbinen, Hochleistungsbauteile
6. Werkstoffe beim Schweißen
Nicht alle Werkstoffe sind gleich gut schweißbar. Die Schweißbarkeit hängt von der chemischen Zusammensetzung, der Wärmeleitfähigkeit und der Gefügestruktur ab.
6.1 Stähle
Die am häufigsten geschweißten Metalle. Baustähle, Edelstähle und hochlegierte Stähle sind sehr gut schweißbar.
6.2 Aluminium
Erfordert spezielle Verfahren wie WIG oder MIG mit Argonschutzgas, da Aluminium stark oxidiert.
6.3 Kupfer und Nickel
Schwierig zu schweißen aufgrund hoher Wärmeleitfähigkeit.
6.4 Kunststoffe
Thermoplastische Kunststoffe können mit Heizelement-, Reib- oder Ultraschallschweißen verbunden werden.