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Bei Diskussionen über Schweißprozesse wird oft der chemischen Zusammensetzung des Metalls, der Wärmeeinbringung und anderen Schweißparametern Bedeutung beigemessen. Die Bedeutung des Schutzgases für die Herstellung reiner und qualitativ hochwertiger Schweißnähte sollte jedoch ebenfalls berücksichtigt werden. Eine große Auswahl an Schutzgasen – wie Argon, Helium, Wasserstoff und Stickstoff – schützt das Schmelzbad vor atmosphärischen Verunreinigungen.
Die Wahl des Schutzgases hängt jedoch vom zu schweißenden Werkstoff und dem Schweißprozess ab. Das Verständnis dieser Schweißschutzgase oder Gasmischungen und ihrer Anwendbarkeit für verschiedene Werkstoffe ist für eine erfolgreiche Schweißverbindung von entscheidender Bedeutung.
Schweißschutzgase sind in der Regel inert, um chemische Wechselwirkungen mit dem zu schweißenden Material zu verhindern, und bleiben auch unter extremen Betriebsbedingungen konstant. Diese reinen Gase schützen den Lichtbogen vor äußeren Verunreinigungen wie Staub, Schlacken oder atmosphärischen Gasen. Dadurch können Schweißer die Bildung von Luftblasen im Schmelzbad verhindern und gleichzeitig saubere, glatte Schweißnähte gewährleisten. Zu den gebräuchlichsten Schweißschutzgasen gehören:
Argon: Als Edelgas mit geringer Reaktivität ist Argon das am häufigsten verwendete und kostengünstigste Schutzgas. Argon ist vorzuziehen, um das Gasgekühlte fernzuhalten und gleichzeitig die Lichtbogenstabilität zu gewährleisten, insbesondere bei Arbeiten mit Metallen wie Aluminium, Titan oder Stahl. Beim MIG- und WIG-Schweißen wird Argon im primären Schweißprozess oder zur Druckluftreinigung der Unterseite der Schweißnaht verwendet.
Helium: Helium ist aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eine beliebte Wahl für wissenschaftliche Experimente. Es ist leichter als Gasgekühltes, es gefriert nicht und es kann bei einer Temperatur unter 450°F verflüssigt werden. Im Hinblick auf das Schweißen bedeuten diese Eigenschaften, dass Helium im Vergleich zu Gasen wie Kohlendioxid oder Argon eine höhere Durchflussrate erfordert und eine gute Wärmeleitfähigkeit bietet. Bei hoher Spannung kann somit ein heißerer Lichtbogen erzeugt werden. Durch die Mischung mit einem Gas wie Argon lassen sich die Eigenschaften von Helium so verbessern, dass ein gleichmäßiger Lichtbogen für optimale Wärmeeinbringung und Einbrand erzeugt werden kann. Helium eignet sich ideal zum Schweißen von Metallen wie Aluminium, Kupfer und Magnesium.
Wenn Argon und Helium gemischt werden, können die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden.
Kohlendioxid (CO2): Beim MIG-Schweißen verbessert Kohlendioxid die Geschwindigkeit und den Einbrand und erhöht gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften der Verbindung. Allerdings kann dies auch zu vermehrtem Schweißspritzern und einer schlechten Schweißnahtqualität führen. Folglich wird CO2 eher als Mischgas bevorzugt.
Sauerstoff: Geringe Mengen Sauerstoff werden im Allgemeinen zur Mischung mit Primärgasen wie Argon benötigt. In der optimalen Kombination kann Sauerstoff dazu beitragen, die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls zu verbessern, den Lichtbogen zu stabilisieren und Spritzer zu minimieren. Wird Sauerstoff jedoch in zu großen Mengen verwendet, erhöht sich das Risiko der Versprödung.
Stickstoff: Stickstoff ist vorteilhaft, wenn Lichtbogenstabilität und verbesserter Einbrand erforderlich sind und wird hauptsächlich als Schutzgas für Laserstrahlschweißanwendungen verwendet. In Mischung mit anderen Gasen kann Stickstoff die mechanischen Eigenschaften stickstoffreicher Metalle verbessern, indem er den Stickstoffverlust verhindert.
Wasserstoff: Beim Schweißen von Nickel und einigen Edelstahlsorten kann Wasserstoff als Schutzgas verwendet werden. In einer Mischung mit CO₂ und Argon kann Wasserstoff beim Engspaltschweißen helfen, indem er die Lichtbogentemperatur, die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls und den Einbrand verbessert, was eine glatte und saubere Schweißoberfläche ermöglicht. Bei der Verwendung mit Metallen wie Stahl oder Aluminium kann Wasserstoff jedoch Probleme wie Wasserstoffversprödung und Schweißnahtporosität verursachen.
Diese Schutzgase können sich in den richtigen Mischungen gegenseitig ausgleichen und zu einem hervorragenden Schweißergebnis führen. Zu den wirksamen Mischungen gehören:
Die oben erwähnte breite Palette an Schweißschutzgasen dient verschiedenen Zwecken in unterschiedlichen Schweißanwendungen. Daher ist es wichtig zu verstehen, dass dasselbe Gas oder Gemisch bei Verwendung mit unterschiedlichen Schweißverfahren zu einem völlig anderen Ergebnis führen kann. Argon, das üblicherweise beim WIG-Schweißen verwendete Schutzgas, schützt idealerweise das Schmelzbad vor Sauerstoffeintritt und kühlt den Schweißbrenner. Wird Argon jedoch beim MIG-Schweißen verwendet, verringert es die Lichtbogenspannung und -leistung, was zu einem instabilen Lichtbogen und hohen Schweißraupen führt. Im Gegensatz dazu kann die Reaktivität von nicht-inerten Gasen wie CO2 oder Sauerstoff, die häufig beim MIG-Schweißen verwendet werden, beim WIG-Schweißen zu Defekten wie Porosität, Rissen oder dem Verbrennen der Wolframelektroden führen.
Die Auswahl des richtigen Schutzgases für den gewünschten Schweißprozess ist daher ein wichtiger Aspekt. Das richtige Schutzgas ist nicht nur für eine hohe Schweißnahtqualität notwendig, sondern auch für die Schweißsicherheit. Durch die Anpassung des Orbitalschweißens können die Ergebnisse verbessert und der Durchfluss durch automatisierte Maßnahmen gesteuert werden kann. Durch die Verwendung des am besten geeigneten Gases in reiner oder gemischter Form in Verbindung mit dem richtigen Schweißverfahren kann ein optimales Schweißergebnis erzielt werden.