Schweißen – Schweißgeräte und Schweißverfahren in Übersicht

Schweißen – Schweißgeräte und Schweißverfahren in Übersicht

Laut Definition ist das Schweißen ein Fügeverfahren, bei dem - unter Zugabe von Wärme und/oder Druck und optional mit Zugabe eines Zusatzstoffes - Materialien dauerhaft verbunden werden. Kurz lässt sich auch sagen, dass Materialien angeschmolzen, verbunden und wieder abgekühlt werden. Auch wenn das Schweißen häufig mit Metallen in Verbindung gebracht wird, bezeichnet man auch das thermische Verbinden von Kunststoffen als Schweißvorgang.

Entscheidend für den Begriff "Schweißen" ist das Erreichen der Liquidustemperatur (Übergang in den flüssigen Zustand) der zu verbindenden Materialien. Nur so wird eine stoffschlüssige Verbindung erreicht, wogegen beim Hart- und beim Weichlöten lediglich der Zusatzstoff verflüssigt wird und an den zu verbindenden Kontaktfläche haftet. Hier findet keine stoffschlüssige Verbindung statt.

Unterschieden wird das Schweißen in der Form, wie die Liquidustemperatur erreicht wird und welche Zusatzstoffe und Hilfsmittel beim Schweißvorgang Anwendung finden.

Unterteilung der Schweißverfahren

Je nachdem, wie die Schmelztemperatur erreicht wird und welche Zusatzwerkstoffe verwendet werden, wird das Schweißen in Schmelzschweißen und Pressschweißen unterteilt. 

Feuerschweißen - eine Form des Pressschweißens
Feuerschweißen - eine Form des Pressschweißens

Da das Pressschweißen lediglich in der industriellen Fertigung Anwendung findet, sollen die verschiedenen Verfahren hier nur genannt werden:

  • Feuerschweißen
  • Widerstandsschweißen
  • Kaltpressschweißen
  • Reibschweißen
  • Ultraschallschweißen
  • Sprengschweißen
  • Elektromagnetisches Pulsschweißen
  • Diffusionsschweißen

Das Schmelzschweißen in seinen verschiedenen Varianten wird hingegen in der industriellen Fertigung und teilweise auch in der privaten Werkstatt verwendet. Hierbei wird die benötigte Temperatur nicht durch Druck oder Reibung, sondern durch eine Wärmequelle erreicht. Dieses kann durch eine Gasflamme oder durch einen elektrischen Lichtbogen erfolgen, was den technischen Aufwand gegenüber dem Pressschweißen verringert.

Aluminiumthermisches Schweißen
Aluminiumthermisches Schweißen von Schienen

  • Gießschmelzschweißen
  • Gasschmelzschweißen (autogen)
  • Strahlschweißen
  • Widerstandsschmelzschweißen
  • Aluminiumthermisches Schweißen
  • Lichtbogenschmelzschweißen

    • Lichtbogenhandschweißen
    • Unterpulver-Schweißen
    • Schutzgasschweißen (MIG, MAG, WIG)
    • Plasmaschweißen

Schweißen und Schweißgeräte für Heimwerker

Viele der genannten Schweißarten sind für die heimische Werkstatt ungeeignet, da sie nur für spezielle Anwendungen gedacht und daher nicht rentabel sind. Infrage kommen hauptsächlich das Gasschmelzschweißen (autogenes Schweißen), sowie aus der Gruppe der Lichtbogenschweißverfahren das Lichtbogenhandschweißen und das Schutzgasschweißen (MIG, MAG und WIG). Diese Schweißverfahren möchten wir näher vorstellen und die Funktion des Schweißgerätes erklären.

Gasschmelzschweißen - autogenes Schweißen

Wie die Bezeichnung bereits vermittelt, wird beim Gasschmelzschweißen das zu verbindende Material mit einer Gasflamme geschmolzen und verschweißt. In den meisten Fällen wird ein Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes eingebracht. Dieser garantiert, dass ausreichend Material zur Verfügung steht, um eine sichere Verbindung der Schweißnaht zu erreichen.

Autogenschweißen benötigt ein überschaubares Zubehör.

Der Begriff "autogenes Schweißen" oder "Autogenschweißen" wird von autogen = selbstständig abgeleitet, da zum Herstellen der Schweißnaht lediglich eine heiße Flamme (bei Bedarf Schweißdraht) und keine weiteren Hilfsmittel nötig sind. Das Verbrennen des Heizgases benötigt Sauerstoff, welcher zugeführt aber auch dem Umfeld entzogen wird. Ohne überschüssigen Sauerstoff im Umfeld des Schmelzbades und der frischen Schweißnaht, besteht keine Gefahr, dass die frische Schweißnaht oxidiert. Dieser Vorgang und die Unabhängigkeit von anderen Hilfsstoffen zum Oxidationsschutz, machen das Gasschmelzschweißen unabhängig beziehungsweise autogen.

Der Vorteil im Autogenschweißen liegt vor allem in der gut dosierbaren Erwärmung des Werkstückes, sodass es häufig in der Blechbearbeitung und bei Karosseriearbeiten Anwendung findet. Hier kann "mit Gefühl" geschweißt und können Löcher im Blech verschlossen werden. Dennoch ist es ebenso möglich, das Schweißgerät – durch eine veränderte Flammeneinstellung – zum Trennen von Stahlblechen zu nutzen.

Beim Schweißvorgang wird zwischen zwei Varianten der Schweißrichtung unterschieden:

  • Nachrechts-Schweißen: Betrachtet wird der Schweißvorgang aus der Sicht eines Rechhtshänders, der den Brenner mit der rechten Hand führt und den Schweißdraht in der linken Hand hält. Wird der Schweißvorgang von links nach rechts ausgeführt, richtet sich die Flamme des Brenners auf die bereits erstellte Schweißnaht, hält diese sehr lange heiß und die Schmelze kann tief in die Wurzel laufen. Die Flammenrichtung verhindert zusätzlich eine Oxidation der Schweißnaht. Qualitativ ergibt sich eine sehr gute und sichere Schweißnaht, sodass das Nachrechts-Schweißen hauptsächlich bei dickeren Blechen Anwendung findet. Bei dünneren besteht die Gefahr, dass die Schmelze durch das Blech läuft und Löcher entstehen.
  • Nachlinks-Schweißen: Mit derselben Handhabung aber einer Brennerführung von rechts nach links, schützt die Flamme nicht mehr die Schweißnaht, was zu Oxidationen führen kann. Ein großer Teil der erzeugten Wärme gleitet über die vorbereite Schweißfuge hinweg und es kann keine so gute Schweißwurzel erzeugt werden. Vorteilhaft ist jedoch die mäßige Erwärmung und schnellere Abkühlung, mit der gut sehr dünne Bleche geschweißt werden können.
Nachlinks-Schweißen
Nachlinks-Schweißen -Schweißnaht (rechts) kühlt schnell ab
Nachrechts-Schweißen
Nachrechts-Schweißen - Schweißnaht (links) kann lange fließen

Trotz der flexiblen Einsatzmöglichkeit, wird das Gasschmelzschweißen immer seltener genutzt und findet eher in besonderen Aufgaben seine Anwendung. Autogenes Schweißen erfordert Übung, benötigt viel Zeit zur Materialerwärmung und ist daher im Verhältnis zu anderen Schweißverfahren recht kostenintensiv und unwirtschaftlich. Hinzu kommt der Bedarf an den Gasen Sauerstoff und Acetylen (Ethin), die ausreichend zur Verfügung stehen und fachgerecht gelagert werden müssen.

Lichtbogenhandschweißen - Schweißverfahren für Heimwerker

Das Lichtbogenhandschweißen – Elektroschweißen, E-Schweißen oder Elektrodenschweißen – wurde in der Produktion zum großen Teil durch das Schutzgasschweißen verdrängt. Zu langsam ist der Schweißvorgang und die Qualität der Schweißnaht ist stark von den Fähigkeiten des Schweißers abhängig. Dennoch bietet das Elektrodenschweißen viele Vorteile, die es vor allem für den Einsatz auf Baustellen, im Freien oder privaten Werkstätten prädestiniert.

Elektroden-Schweißgeräte für Heimwerker ab 50 € erhältlich
  • günstig in der Anschaffung
  • durch unterschiedliche Elektroden für viele Materialien einsetzbar
  • schweißen in jeder Lage möglich
  • schweißen unter Wasser möglich
  • sehr flexibel einsetzbar
  • eine lange Elektrode ermöglicht das Schweißen in engsten Bereichen

Elektroden-Schweißgeräte sind in vielen unterschiedlichen Größen erhältlich und einfache Geräte sind bereits unter 100 € zu bekommen. Außer einem Stromanschluss und passende Elektroden wird keine weitere Technik zum Schweißvorgang benötigt. Das macht das Elektroden-Schweißgerät zum Schweißgerät für Heimwerker. Es müssen keine Gasflaschen gelagert werden und für kleine Schweißarbeiten reicht sogar ein 230 V Anschluss.

Was das Elektrodenschweißen jedoch benötigt, ist etwas Übung, Erfahrung und eine ruhige Hand, die die Elektrode gleichmäßig beim Schweißvorgang zuführt. Mit unterschiedlichen Elektroden lassen sich dann sogar fast alle Metalle und sogar Gusseisen schweißen.

Wie funktioniert das Elektroden-Schweißen (Lichtbogenhandschweißen)?

Wie andere "elektrische" Schweißarten, benötigt das Elektroden-Schweißen eine Erdung am Werkstück (5) und eine hohe Spannung, die beim Kontakt der Elektrode (1) mit dem Werkstück eine hohe Temperatur erreicht. Die hohe Temperatur sorgt dafür, dass sich der Metallkern der Elektrode (2) und auch der Rand der Schweißnaht zum Schmelzbad (4) verflüssigen und miteinander verbinden. Um Einschlüsse und eine Korrosion der neuen Schweißnaht (6) zu vermeiden, besitzt die Elektrode einen Mantel aus verschiedenen Zusätzen, die den Schweißvorgang positiv beeinflussen indem sie den Lichtbogen stabilisieren, die Schweißnaht metallurgisch verbessern und Schlacke, sowie ein Schutzgas bilden. Während das Schutzgas (3) ein Oxidieren des Schmelzbades verhindert, umhült die entstehende Schlacke (7) die neue Schweißnaht, "schützt" sie und sorgt für eine langsamere Abkühlung. Nach dem Schweißvorgang kann die Schlacke leicht abgeschlagen werden.

Lichtbogenhandschweißen - Schweißen lernen
Lichtbogenhandschweißen - Schweißen lernen
Eine gute Führung der Elektrode ist wichtig.
Eine gute Führung der Elektrode ist wichtig.

Das Schutzgasschweißen MIG, MAG und WIG

Ähnlich, wie das Elektroden-Schweißen, funktioniert auch das Schutzgasschweißen. Es wird ebenso eine hohe Spannung, eine Erdung am Werkstück, eine Elektrode und ein Schutzgas benötigt, welches die Schweißstelle umgibt und schützt. 

Schutzgasschweißen und Elektrodenschweißen in einem Gerät.

Vorteilhaft beim Schutzgasschweißen ist jedoch die automatische Zuführung der Schweißdrahtes, die für ein gleichmäßiges Schweißbild sorgt. Zusätzlich ersetzt das Schutzgas die Ummantelung der Elektrode, sodass beim Verbrennen weniger schädliche Dämpfe entstehen.

Nachteilig ist dagegen, das zusätzlich benötigte Schutzgas, welches beim Schweißvorgang zur Verfügung stehen und fachgerecht gelagert werden muss. Hierdurch findet das Schutzgasschweißen in nur wenigen privaten Werkstätten Anwendung.

Mit mehr Technik sind Schutzgas-Schweißgeräte ebenso etwas teurer, bieten jedoch häufig den Vorteil, dass sie zum Schutzgasschweißen ebenso verwendet werden können, wie zum Elektrodenschweißen beziehungsweise Lichtbogenhandschweißen. Entsprechende Schweißgeräte stellen die benötigte Spannung für beide Schweißverfahren zur Verfügung und können mit als auch ohne Schlauchpaket zum Schutzgasschweißen betrieben werden.

Der Schweißvorgang läuft bei bei beiden Schweißverfahren ähnlich ab:

Zwischen der Elektrode (3) und dem Werkstück (7) wird ein Lichtbogen erzeugt, der zu einer hohen Temperaturentwicklung und damit dem Schmelzbad (5) führt. Da es keine Ummantelung der Elektrode gibt, wird das benötigte Schutzgas (4) direkt über das sogenannte Schlauchpaket (1) zugeführt und schützt, wie beim Elektrodenschweißen das Schmelzbad und die Schweißnaht (6) vor Einschlüssen und Korrosion. Um die Benötigte Spannung verlustfrei auf den Schweißdraht zu übertragen, wird der Schweißdraht in einer Kontakthülse (2) geführt, die den Schweißdraht in seiner Position hält und die elektrische Energie überträgt.

Vorgang beim Schutzgasschweißen
Vorgang beim Schutzgasschweißen
Der Schweißdraht wird automatisch zugeführt.
Der Schweißdraht wird automatisch zugeführt.

Unterschiede beim MIG, MAG und WIG Schweißen

Das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) kann in weitere unterschiedliche Verfahren unterteilt werden. Ausschlaggebend ist hierfür die Zuführung des Schutzgases oder des Zusatzwerkstoffes, dem Schweißdraht.

  • Metall-Inertgasschweißen ( MIG) - Inert kommt aus dem Latein und bedeutet "untätig". Beim Metall-Inertschweißen bedeutet das, dass das Schutzgas keinen direkten Einfluss auf die Schweißnaht ausübt. Es verändert die Zusammensetzung und die Eigenschaften nicht und verhindert lediglich eine Korrosion des Schmelzbades.
  • Metall-Aktivgasschweißen (MAG) - Wie der Name bereits sagt, greift das Gas aktiv in den Schweißvorgang ein, verbindet sich mit dem Metall und verändert dessen Eigenschaften.
  • Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) - Neben der direkten Zuführung des Schweißdrahtes, bei dem der Schweißdraht gleichzeitig als Elektrode dient, kann auch eine nicht-abschmelzende Elektrode aus Wolfram genutzt und der Zusatzwerkstoff (Schweißdraht) separat zugeführt werden.

Was ist ein Schweißgerät Inverter?

Schweißinverter können klein und handlich ausfallen.

Beim Schweißvorgang wird eine hohe Stromstärke bei einer niedrigen Spannung benötigt. Diese wird aus dem Stromnetz mit hoher Spannung und niedrigerer Stromstärke gewonnen und muss demnach umgewandelt werden. In der Form der Umwandlung unterscheidet sich auch die Namensgebung.

  • Schweißtransformater - Ein Transformator besteht aus mindestens zwei Spulen – der Primärspule und der Sekundärspule. Wird an der Primärspule eine Wechselspannung angelegt, ensteht ein Magnetfeld, welches über einen Eisenkern übertragen wird. Auf der Gegenseite befindet sich die Sekundärspule, die den Vorgang umgedreht ausführt und das Magnetfeld wieder in elektrische Spannung umwandelt. Die so neu erzeugte Spannung steht im Verhältnis zur Anzahl der Wicklungen. Mehr Wicklungen der Primärspule ergeben eine höhere und weniger eine niedrigere Spannung. Auf diese Art lässt sich die Eingangsspannung hoch- oder runtertransformieren. Je nach Leistung müssen die Spulen entsprechend dimensioniert werden, was mit dem benötigten Eisenkern zu einem hohen Gewicht führt.
  • Schweißinverter - Ein Inverter nutzt dasselbe Prinzip, kann durch eine Gleichrichtung der Netzspannung und einer (mit Leistungshalbleitern erzeugten) deutlich höheren Frequenz kleinere Transformatoren verwenden. Je höher die erzeugte Frequenz ist, desto kleiner kann der genutzte Transformator ausfallen. Das ermöglicht viel kleinere und leichtere Schweißgeräte bei einem höheren Wirkungsgrad.

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