Schweißen

Das Schweißen ist eine Gruppe von Fügeverfahren zum 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 als Fügen durch Schweißen definiert. Die meisten Schweißverfahren eignen sich auch zum Beschichten, was in der Praxis und Fachliteratur als Auftragschweißen bezeichnet wird – definiert in der DIN 8580 Hauptgruppe 5 Teil 6 als Beschichten durch Schweißen.

Allgemeines

Unter Schweißen versteht man gemäß EN 14610 und DIN 1910-100 "das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe". 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 dem Lot beim Löten oder dem Klebstoff beim Kleben. Die nötige Schweißwärme wird von außen zugeführt oder entsteht beim Reibschweißen durch Reibung an der Fuge im Material selbst. Schweißhilfsstoffe, wie Schutzgase, 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 den stoffschlüssigen Verbindungsmethoden zusammen mit dem Löten und Kleben. Beim Schweißen werden Verbindungen mit hoher Festigkeit erzeugt; 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.

Gliederung der Schweißverfahren

Die Einteilung der Schweißverfahren kann vorgenommen werden nach

Art der auf das Werkstück einwirkenden Energie

• thermische Energie, etwa beim Schmelzschweißen
  • thermische Energie mit gleichzeitigem oder anschließendem Zusammenpressen der Werkstücke, etwa bei vielen Widerstandsschweißverfahren
• mechanische Energie, etwa beim Kaltpressschweißen
  • mechanische Energie, die in thermische Energie umgewandelt wird, etwa beim Reibschweißen

Art des Grundwerkstoffs

• Metallen
• Thermoplasten
• andere Werkstoffe und Kombinationen von Werkstoffen, wie beispielsweise Glas

Zweck des Schweißens

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

physikalischem Ablauf des Schweißens

• Schmelzschweißen ist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss, ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne gleichartigen Schweißzusatz (ISO 857-1). Im Gegensatz zum Löten wird dabei die Liquidustemperatur der 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 eines Schweißdrahtes zugeführt.
• Pressschweißen bringt 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.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Grad der Mechanisierung

• 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-)automatisiertes Schweißen

Quellen

• Fachgruppe für die schweißtechnische Ingenieurausbildung: Fügetechnik Schweißtechnik. 6., überarb. Auflage. DVS Verlag, Düsseldorf 2004, ISBN 3-87155-786-2.