Schweißverfahren 141

Schweißverfahren 141 – Geschichte, Ursprung, Entwicklung

Verfahrenszuordnung und Definition

Schweißverfahren 141 – Schweißen gehört zur Gruppe der thermischen Fügeverfahren. Dabei werden zwei oder mehr Fügepartner stoffschlüssig und unlösbar miteinander verbunden. Die Deutsche Industrienorm (DIN) 8580 klassifiziert Fertigungsverfahren. In ihrer Hauptgruppe 4, Teil 6 wird dieses Verfahren beschrieben.

Das Wolfram Inertgas Schweißen (WIG) gehört zu den Schmelz-Schweißverfahren. Zwischen der nicht abschmelzenden Wolfram-Elektrode und dem Werkstück bildet sich ein elektrischer Lichtbogen. Dieser sorgt für das Aufschmelzen von Grund- und Zusatzwerkstoff. Als Schutzgas wird Argon eingesetzt. Alternativ werden Helium oder Argon-Helium-Gemische verwendet.

Geschichte, Ursprung, Entwicklung

Das Lichtbogen-Schweißen gewann Mitte der 1940er Jahre vor allem für das Fügen von Nichteisen-Metallen zunehmend an Bedeutung. In der Weiterentwicklung des Kohle-Lichtbogen-Schweißens entstand 1946 das WIG-Schweißen. Bereits das Kohle-Lichtbogen-Schweißen nutzte einen elektrischen Lichtbogen. Im Unterschied zum WIG-Verfahren entsteht dieser jedoch zwischen dem Werkstück und einer Kohle-Elektrode. Die Entdeckung eines auf Basis von Elektrizität erzeugten Lichtbogens geht auf Humphry Davy und das Jahr 1800 zurück. Der russische Physiker Vasily Petrov untersuchte Möglichkeiten der technischen Nutzung des elektrischen Lichtbogens; unter anderem für das Schweißen. Im Jahre 1881 entwickelten Nikolay Benardos und Stanislaw Olszewski das Kohle-Lichtbogen-Schweißen und erwarben 1885 ein Patent auf dieses Verfahren.

Schweißverfahren 141 – Technik, Zubehör, Maschinen, Gase

Wesentliche Komponenten einer WIG-Schweiß-Anlage sind eine Stromquelle, die Gasversorgung, das Schlauchpaket, der Brenner sowie der Masse-Anschluss oder Minuspol. Mit der Neigung des Brenners, der Ausformung der Wolfram-Elektroden-Spitze sowie der Wahl von Stromart und Polung nimmst du wesentlichen Einfluss auf die Gestaltung der WIG Schweißnaht. Die Temperatur des Lichtbogens kannst du mit der Nutzung unterschiedlicher Schutzgase beziehungsweise Schutzgasgemische sowie der Stromstärke steuern.

Schweiß-Stromquelle und Schweiß-Automaten

Die Schweiß-Stromquelle ermöglicht das Zünden des elektrischen Lichtbogens. Üblich sind die kontaktlose Hochfrequenz-Zündung mittels Hochspannungs-Impulsgenerator sowie die Lift-Arc-Zündung, bei der du zunächst den physischen Kontakt zwischen Elektrode und Minuspol herstellst. Je nach Grundwerkstoff nutzt du Wechselstrom oder Gleichstrom. Elektronisch gesteuerte Schweiß-Stromquellen, die WIG-Schweiß-Inverter, ermöglichen dir die stufenlose Einstellung sowie die automatische Regelung des Schweiß-Stromes. Hochwertige Geräte übernehmen die selbsttätige Kontrolle und Steuerung sämtlicher Strom- und Verfahrensparameter. Damit bist du in der Lage, automatisiert zu schweißen. Auf diese Weise erreichst du eine hohe Reproduzierbarkeit der visuellen und mechanisch technologischen Kennwerte der WIG Naht.

Gasversorgung

Das Versorgen der WIG-Schweiß-Anlage mit Schutzgas kannst du mittels Gasflasche, inklusive Druckminderer oder über eine Ringleitung realisieren. Letzteres ist insbesondere bei größeren Schweiß-Anlagen sowie kontinuierlich laufenden Prozessen sinnvoll.

Schlauchpaket mit Schutzgas- und Stromzuleitung sowie Kühlung

Die Zuleitung von Schweiß-Strom und Schutzgas zum Brenner erfolgt im Schlauchpaket. Dieses beinhaltet zudem die Steuerleitung und bei größeren Brennern ein Wasser-Kühlsystem mit Vor- und Rücklauf, dass die Prozesswärme abführt.

Brenner

Der Brenner ist der bewegte, manuell oder automatisiert geführte Teil der WIG-Schweiß-Anlage. Er beinhaltet Wolfram-Elektrode und Schutzgas-Düse. Die Wolfram-Elektrode kann aus reinem Wolfram oder aus Wolfram mit Oxid-Zusatz bestehen. Die Nutzung von Wolfram-Elektroden mit Oxid-Zusatz ermöglichen es dir, mit höheren Stromstärken zu arbeiten. Du erzielst damit einen tieferen Einbrand.

Masse-Anschluss

Schweißverfahren, die mit elektrischem Strom als Energiequelle arbeiten, erfordern einen geschlossenen Schweiß-Stromkreis. Dies ermöglichst du, indem du das Massekabel mit dem Werkstück selbst oder einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle in unmittelbarer Nähe der Fügepartner verbindest.

Gase

Als Schutzgas wird Argon eingesetzt. Damit schirmst du Lichtbogen und Fügestelle gegen den schädlichen Einfluss des reaktiven Luftsauerstoffes ab. Alternativ kannst du Helium oder Argon-Helium-Gemische einsetzen. Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff dienen als Beimischungen sowie für das Vor- und Nachströmen. Damit beeinflusst du gezielt die Eigenschaften der Fügeverbindung.

Schweißverfahren 141 – Besonderheiten

Qualität

Das Wolfram Inertgasschweißen erlaubt dir das Herstellen hochreiner Schweißnähte. Ihre Anfälligkeit für Risse ist gering. Sie haben hervorragende mechanisch technologische Eigenschaften. Du nutzt den Fügeprozess 141, wenn höchste Anforderungen an Aussehen und Qualität der Naht gestellt werden oder Spezialwerkstoffe gefügt werden müssen.

Vor- und Nachteile

Herausragendes Merkmal von Verbindungen, die mittels WIG Schweißverfahren 141 hergestellt wurden, ist die außerordentlich saubere Verarbeitung. Im Metallbereich kannst du das WIG Schweißen nahezu universell einsetzen. Du erzielst damit sehr hohe Naht-Qualitäten in Bezug auf die mechanisch technologischen Qualitätsmerkmale, wie eine hohe Belastbarkeit, sowie ein perfektes Aussehen der Oberfläche in Form filigraner Nähte ohne Spritzer.

Dem steht gegenüber, dass du für die Herstellung von WIG Nähten im Vergleich zum MAG Schweißen mehr Energie benötigst und die Produktivität etwas geringer ist. Zudem musst du für die Fertigung qualitativ hochwertiger Fügeverbindungen eine saubere Umgebung schaffen. Das WIG Schweißen in staubiger, verschmutzter Umgebung ist nicht zu empfehlen. Für die Anschaffung einer Stromquelle solltest du mit vergleichsweise hohen Kosten rechnen.

Vorbereitung

Bei dünnen Blechen hast du unbedingt auf die Parallelität der Fügekanten für eine konstante Breite des Fügespaltes zu achten. Gestattet die Dicke des Bleches ein Durchschweißen nicht und ist auch beidseitiges Schweißen nicht möglich, müssen die Flanken der Schweißfuge angeschrägt werden. Du fertigst eine V-Fuge. Der Öffnungswinkel beträgt 60 bis 70 Grad. Üblich ist auch die Ausformung einer Y-Fuge, wenn du mit Badsicherung schweißt sowie einer U-Fuge beim WIG Orbital-Schweißen. Nach der Bearbeitung der Schweißfuge gehört die gründliche Reinigung der Werkstücke zu deinen Aufgaben. Im Ergebnis sollten die Oberflächen metallisch blank sowie von Farbe, Rost, Schmutz und Zunder befreit worden sein. Ebenso müssen Fette und Öle von der Oberfläche entfernt werden.

Schweißverfahren 141 – Werkstoffe und Materialdicke

Werkstoffe

Der große Vorteil des WIG Schweißens ist die universelle Eignung für nahezu alle Metalle. Selbst bei Werkstoffen, die als nur bedingt schweißbar gelten, kannst du dieses Verfahren gut anwenden.

Folgende Werkstoffe lassen sich mit dem Schweißverfahren WIG Schweißen 141 fügen:

Niedriglegierte Stähle

Hochlegierte Stähle

Aluminium und Aluminiumlegierungen

Kupfer und Kupferlegierungen

Nickel und Nickellegierungen

Sondermetalle wie Titan, Zirkonium, Tantal, Magnesium

Materialdicke

Häufige Einsatzbereiche für das Fertigen einer WIG Naht sind das Fügen von Fein- bis Mittelblechen sowie das Herstellen von Wurzellagen bei Grobblechen.

Stahl und Edelstahl kannst du ab einer Materialdicke von 0,3 Millimeter WIG Schweißen. Werkstücke aus Aluminium und Aluminiumlegierungen können ab 0,5 Millimeter Dicke und aus Kupfer ab 0,5 Millimeter Dicke mittels WIG-Schweißen gefügt werden.

Schweißverfahren 141 – Anwendungen

Den Schweißprozess 141 setzt du in Bereichen ein, die sehr hohe optische und mechanisch technologische Anforderungen an die Fügeverbindung stellen.

Beispielhaft sind dies:

Kraftwerksbau für Rohrleitungen aus Edelstahl
Chemische Industrie für Rohleitungen, Kessel und Druckbehälter aus Edelstahl
Rohrleitungs- und Apparatebau für Rohrleitungen, Kessel und Druckbehälter aus Stahl und Edelstahl
Stahlbau für tragende Konstruktionen, Tragwerke und Geländer
Luft- und Raumfahrttechnik für Rohrleitungen sowie Konstruktionen aus Aluminium- und Titanlegierungen
Medizintechnik für Behälter und Instrumente aus Edelstahl
Fahrrad-Rahmenbau für Konstruktionen aus Stahl und Aluminiumlegierungen

Schweißverfahren 141 – Ausgewählte Verfahren

WIG Handschweißverfahren

Das manuelle Wolfram Inertgasschweißen 141 setzt Erfahrung und Handfertigkeit voraus. Du als Schweißer führst mit einer Hand den Brenner und gibst mit der anderen Hand den Zusatzwerkstoff zu. Eine WIG Naht, die neben guten mechanischen Kennwerten auch von hoher optischer Qualität ist, erfordert gute Koordinationsfähigkeiten sowie eine ruhige Handführung. Du musst einen möglichst konstanten Abstand des Brenners vom Werkstück über die gesamte Länge der Schweißnaht realisieren und so für eine gleichbleibende Lichtbogenlänge sorgen. Die Änderung der Lichtbogenlänge bringt eine Temperaturänderung des Schweißbades mit sich. Visuelle Inhomogenitäten und Schweißfehler können die Folge sein.

WIG Orbitalschweißen

Das Orbital-Schweißen ist ein vollmechanisches Schutzgas-Schweißverfahren. Maschinell geführt, wandert der Lichtbogen 360 Grad ohne Unterbrechung um das Rohr. Die Fügeteile bleiben dabei unbewegt. Das Orbital-Schweißverfahren gestattet dir die Herstellung hochwertiger Schweißnähte, deren Qualität gut reproduzierbar ist. Die Option der Nutzung von CNC-Steuerungen für die Bewegung des Schweißkopfes macht dein Eingreifen bei einmal eingestellten Schweißparametern kaum erforderlich. Bevorzugt setzt du dieses Verfahrens für Rohr-zu-Rohr-Verbindungen beim Schweißen dicker Rohre im Bereich des Trassenbaus ein. Für Schweiß-Verbindungen, die eine hohe Präzision erfordern, beispielsweise bei Flüssigkeits- und Gassystemen ist das Orbital-Schweißen prädestiniert. Ebenso ist der Einsatz in Bereichen, in denen manuelles Schweißen schwierig oder gefährlich wäre sowie bei Anwendungen, die die Herstellung einer hohen Anzahl von Schweißnähten erfordern, geeignet. Hohe Produktivität und gleichbleibende Qualität sind wesentliche Verfahrensvorteile.

Schweißverfahren 141 – Prüfmöglichkeiten, Prüfverfahren

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Um Fehler in der Schweißnaht wie Lunker, Poren, Fremdstoff-Einschlüsse oder Risse zu detektieren, nutzt du folgende zerstörungsfreie Prüfverfahren:

Sichtpüfung
Magnetpulverprüfung
Farbeindringprüfung
Ultraschallprüfung
Röntgenprüfung und Digitales Röntgen

Zerstörende Prüfverfahren

Mechanisch technologische Eigenschaften der Fügeverbindung, wie Härte, Zähigkeit, Zugfestigkeit oder Zeitstandfestigkeit untersuchst du mittels zerstörender Prüfung.

Dafür stehen dir die folgenden Prüfverfahren zur Verfügung:

Zugversuch
Biegeprüfung
Kerbschlagbiegeversuch
Härteprüfung
Metallografische Untersuchungen
Korrosionsprüfung

Schweißverfahren 141 – Qualifikation und Schweißerprüfung

Die Anforderungen der Prüfung als Schweißer für das Schmelzschweißen sind im Dokument des Deutschen Institutes für Normung DIN EN ISO 9606 definiert. Ziel der Prüfung ist die Qualitätssicherung beim manuellen Schweißen. Mit der bestandenen Schweißerprüfung weist du nach, dass du für die Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen qualifiziert bist. Für das Bestehen der Prüfung werden eine relevante Ausbildung sowie schweißtechnische Praxis, beispielsweise Erfahrungen beim WIG Schweißen, vorausgesetzt. Zunächst musst du also das WIG Schweißen erlernen und die handwerkliche Fertigkeit entwickeln. Mit bestandener Prüfung bist du für die Ausführung von Schweißarbeiten im Geltungsbereich deiner Prüfung qualifiziert. Jedes Schweißverfahren, so auch das WIG Wolfram Inertgas Schweißen (Verfahrensnummer 141), erfordert eine separate Prüfung.

Schweißverfahren 141 – Normen, Regeln, Richtlinien

Begriffe und Definitionen

DIN EN ISO 2553 – Symbolische Darstellung in Zeichnungen

DIN EN ISO 4063 – Liste der Prozesse und Ordnungsnummern

DIN 1910-100 – Begriffe. Teil 100: Metallschweißprozesse

DIN ISO 857-1 – Begriffe. Teil 1: Metallschweißprozesse

Qualitätsanforderungen

DIN EN ISO 3834 – Qualitätsanforderungen

DIN EN ISO 5017 – Bewertungsgruppen für Unregelmäßigkeiten

DIN EN ISO 10042 – Bewertungsgruppen von Unregelmäßigkeiten

DIN Fachbericht ISO/TR 17844 – Verfahren zur Vermeidung von Kaltrissen

Lichtbogenschweißen von Stahl und Aluminium

DIN CEN ISO/TR 15608 Richtlinien für eine Gruppeneinteilung von metallischen Werkstoffen sowie in diesem Kontext DIN CEN ISO/TR 20172, 20174, 20173

DIN EN 1011 Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe

Schweißnahtvorbereitung

DIN EN ISO 9692 – Arten der Schweißnahtvorbereitung

DIN EN ISO 9692 Teil 3 – Arten der Schweißnahtvorbereitung

Schweißzusätze

DIN EN 13479 – Allgemeine Produktnorm

DIN EN ISO 6848 – Wolframelektrode

DIN EN ISO 636 – Wolfram-Inertgasschweißen von unlegierten Stählen und Feinkornstählen

DIN EN ISO 16834 – Schutzgasschweißen von hochfesten Stählen

DIN EN ISO 21952 – Schutzgasschweißen von warmfesten Stählen

DIN EN ISO 14343 – Lichtbogenschweißen von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen

DIN EN ISO 18274 – Schmelzschweißen von Nickel und Nickellegierungen

DIN EN ISO 24373 – Schmelzschweißen von Kupfer und Kupferlegierungen

DIN EN ISO 18273 – Schmelzschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen

DIN EN ISO 24034 – Schmelzschweißen von Titan und Titanlegierungen

Prüfverfahren

Zerstörungsfreie Prüfung

DIN EN ISO 17637 – Sichtprüfung

DIN EN ISO 17636 – Durchstrahlungsprüfung

DIN EN ISO 17640 – Ultraschallprüfung

DIN EN ISO 3452 – Eindringprüfung

DIN EN ISO 17643 – Wirbelstromprüfung

Zerstörende Prüfung

DIN EN ISO 4136 – Querzugversuch

DIN EN ISO 5178 – Längszugversuch

DIN EN ISO 9018 – Zugversuch am Doppel-T-Stoß und Überlappstoß

DIN EN ISO 5173 – Biegeprüfungen

DIN EN ISO 9017 – Bruchprüfung

DIN EN ISO 9016 – Kerbschlagbiegeversuch

DIN EN ISO 9015 – Härteprüfung

DIN EN ISO 17639 – Makroskopische und mikroskopische Untersuchungen

DIN CEN ISO/TR 16060; DIN SPEC 8548 – Ätzungen für die makroskopische und mikroskopische Untersuchung

DIN EN ISO 17641 – Heißrissprüfungen

DIN EN ISO 17642 – Kaltrissprüfungen

DIN EN ISO 16701 – Schnellkorrosionsprüfungen

DIN EN ISO 8249 – Bestimmung Ferritanteil

Arbeitsschutz

DIN EN IEC 60974-1 VDE 0544-1 – Lichtbogenschweißeinrichtungen

Prüfung / Qualifikation

DIN EN ISO 9606 – Prüfung, Schmelzschweißen

: Schweißverfahren-141 WIG-Schweißen

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Quellen: