Funktionsweise Schweißen & Gängige Schweißverfahren
Im Sprachgebrauch wird der Begriff „Schweißen“ überwiegend dafür verwendet, wenn zwei oder mehrere Werkstücke unter Einwirkung von Wärme oder Druck verbunden werden. Wärme und Druck können auch in Kombination am Prozess beteiligt sein.
Aber welche Verfahren werden unterschieden und wie funktionieren sie eigentlich? In diesem Beitrag versuchen wir einige grundlegende Antworten zu liefern.
Für einige Schweißverfahren werden Zusätze in Form von Schweißdraht oder Schutzgas benötigt, um eine optimale Qualität zu erzielen. Die Werkstoffe werden nach der Schweißung von Kräften auf der atomaren oder molekularen Ebene zusammengehalten. Es entsteht also eine unlösbare, stoffschlüssige Verbindung, welche nur durch Zerstören wieder gelöst werden kann.
Man unterscheidet die Schweißverfahren nach der Energiequelle in Schmelzschweißverfahren und Pressschweißverfahren und nach dem Zweck in Verbindungsschweißen und Auftragschweißen. Der Unterschied zwischen Verbindungsschweißen und Auftragsschweißen ist, dass beim Verbindungsschweißen mehrere Teile miteinander verbunden werden, während ein Werkstück beim Auftragsschweißen mit einer Art Beschichtung versehen wird.
Die Unterscheidung zwischen Schmelz- und Pressschweißverfahren hingegen ist ein wenig komplizierter.
Wie funktioniert ein Schmelzschweißverfahren?
Bei diesen Verfahren wird mit einer großen Menge an Wärme auf die Werkstücke eingewirkt. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Werkstoffe nach der Erhitzung ihre ursprüngliche Festigkeit zurückerlangen und durch die große Temperatur keine Schäden an ihrer Struktur entstehen. Die Stoffe der beiden Werkstücke müssen annährend die gleiche Schmelztemperatur haben, um erfolgreich miteinander verschweißt zu werden.
Man erhitzt die Materialien bis zum Schmelzpunkt, ohne dabei Kraft anzuwenden, woher der Name der Verfahren kommt. Beim Erreichen der Temperatur fließen die Materialien ineinander und bilden eine stoffschlüssige Verbindung. Bei der anschließenden Abkühlung erlangen die Werkstoffe ihre vorherige Festigkeit zurück.
Verflüssigte Metalle neigen dazu, sich mit Gasen aus der Luft zu verbinden. Das könnten beispielsweise Sauerstoff oder Wasserstoff sein. In beiden Fällen würde es zu einer Schwächung oder Zerstörung des Materials kommen. Um die Oxidation zu verhindern werden die Materialien entweder unter Luftabschluss geschweißt oder Zusätze in Form von Schutzgas genutzt.
Wie funktioniert ein Pressschweißverfahren?
Im Gegensatz zur Wärme bei Schmelzschweißverfahren nutzt man bei einem Pressschweißverfahren den Druck. Die stoffschlüssige Verbindung entsteht durch das Aufeinanderpressen der Werkstücke, wobei viele Verfahren zusätzlich Wärme benutzen, um die Festigkeit der Stoffe zu senken. Es gibt allerdings auch Kaltpressverfahren, welche gänzlich ohne Wärmezufuhr auskommen.
Der Vorteil der Pressschweißverfahren ist, dass durch die geringere Wärmezufuhr die Gefahr von Deformierungen des Werkstücks sinkt. Es können auch Werkstoffe mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen verschweißt werden und außerdem reduziert sich die Gefahr der Oxidation durch die niedrigeren Temperaturen. Dafür werden zur Durchführung einer Pressschweißung meistens Maschinen benötigt, weil die benötigten Kräfte nicht von einem Menschen erzeugt werden können.
Vorteile einer Schweißung gegenüber anderen Verbindungstechniken
Der große Vorteil einer Schweißnaht ist deren Stabilität. Durch die Verschmelzung der Werkstoffe zu einem einzigen entsteht eine sehr starke Verbindungsstelle, die oft eine bessere Belastbarkeit aufweist als die Werkstücke einzeln. Das ist unter Anderem daran zu erkennen, dass gebrochene und anschließend geschweißte Teile nahezu immer neben der Schweißnaht brechen und nicht durch diese hindurch.
Montage- und Reparaturarbeiten werden schnell und kostengünstig durchgeführt. Viele Schweißverfahren können sogar an einem beliebigen Ort ausgeführt werden, solang dieser allen Sicherheitsanforderungen entspricht. Dazu gehören eine angemessene Belüftung und das Fernhalten explosiver Stoffe. Diese Flexibilität im Einsatz macht Schweißungen besonders für Reparaturarbeiten beliebt, da manchmal sogar die Demontage des defekten Bauteils entfällt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die zu verbindenden Teile nicht geschwächt werden, wie es beispielsweise beim Bohren eines Schraubenlochs der Fall ist. Die Werkstücke behalten ihre volle Belastbarkeit, weil sie an keiner Stelle geschwächt werden. Außerdem können mit einer Schweißung Stoffe fest miteinander verbunden werden, die sich für keine andere unlösbare Verbindungsmethode eignen, wie beispielsweise thermoplastische Kunststoffe oder Glas.