Wie funktioniert Schweißen?

Wolkenkratzer, exotische Autos, Raketenstarts- bestimmte Dinge erregen einfach die Aufmerksamkeit. ZUnfall, gehört offenbar nicht dazu. Möglicherweise haben Sie Ihr ganzes Leben damit verbracht, nie über das Thema nachzudenken. Sie werden sicherlich überrascht sein, dass das Schweißen einigen Schätzungen zufolge bis zu 50 Prozent des Bruttosozialprodukts der Vereinigten Staaten von Amerika ausmacht. Ohne Schweißen gäbe es keine dieser erstaunlichen Wolkenkratzer, Autos oder Raketen.

ZUnfallist im Kern einfach eine Möglichkeit, zwei Metallteile zu verbinden. Obwohl es auch andere Möglichkeiten gibt, Metalle zu verbinden (Nieten, Löten...), ist das Schweißen um seiner selbst willen zur ersten Wahl geworden Stärke, Effizienz und Vielseitigkeit.

Es gibt viele verschiedene Schweißverfahren, und es werden neue entdeckt. Bei einigen Prozessen wird Wärme eingesetzt, um die beiden Metallteile praktisch miteinander zu verschmelzen, wobei häufig „Füllstoff“ in die Verbindung eingebracht wird, der als Bindemittel fungiert. Andere Methoden basieren auf Druck auf mMetalle verbinden sich miteinander, und einige nutzen eine Kombination aus Hitze und Druck. Im Gegensatz zum Löten, bei dem die zu verbindenden Metallteile unverändert bleiben, verändert sich beim Schweißen immer das zu verbindende Material.

Das mag etwas trivial erscheinen, ist aber für das Verständnis entscheidend warum schweißenproduziert so starke Verbindungen. Bei Löt- und Hartlötprozessen werden zwei Metallstücke miteinander verbunden, indem ein drittes Material (mit einem niedrigeren Schmelzpunkt) in die Mischung eingebracht wird. Durch das Hinzufügen dieses dritten Materials zwischen den Oberflächen der Originalteile werden die Teile miteinander verbunden. Die Verbindung ist jedoch nur so stark wie das Verbindungsmaterial. Beim Schweißen hingegen entfällt der Zwischenhändler und die Originalteile werden direkt miteinander verbunden. Das Ergebnis ist eine starke, kohäsive Verbindung, die oft so stark ist wie das Material selbst.

Das mögenIm Artikel werden wir uns genauer ansehen, wieSchweißen funktioniert einwandfrei. Wir werden auch einige der vielen Situationen untersuchen, in denen Schweißen eingesetzt wird, sowie das Fachwissen und die Ausrüstung, die dafür erforderlich sind. Aber bevor wir das tun, schauen wir uns an, wo alles begann.

Angesichts der Vielzahl an Maschinen, die an Schweißprozessen beteiligt sind, kann man sich das Schweißen als einen relativ neuen Prozess vorstellen. In Wirklichkeit Schweißen gibt es schon seit Tausenden von Jahren . Frühe Beispiele für Schweißarbeiten wurden an Orten von Irland bis Indien gefunden, einige stammen aus der Bronzezeit. Natürlich verfügten diese Zivilisationen nicht über eine große Menge an Werkzeugen und Maschinen, mit denen zavPflüger haben jetzt Zugang. Wie haben sie es geschafft zu schweißen?

Der von ihnen verwendete Prozess wird als Schmieden bezeichnet. Zu Beginn des Prozesses erhitzten Schmiede das Metall, bis es eine leuchtend rote Farbe hatte (aber noch nicht flüssig war). Anschließend legten Schmiede die beiden Teile leicht überlappend auf den Amboss und nieten sie zusammen. Beim Nieten gibt es mehrere Einschränkungen. Nur relativ weiche Metalle lassen sich miteinander vernieten und der Prozess ist sehr aufwendig. An Orten ohne Strom wird das Verfahren jedoch weiterhin angewendet.

Bis ins 19. Jahrhundert war Schmieden die einzige Möglichkeit. Doch mit Beginn der industriellen Revolution trieben zahlreiche Entdeckungen die Entwicklung des Schweißens voran. Die Elektrizitätsforschung brachte Elektroden und Lichtbögen hervor. Mitte des Jahrhunderts wurden rudimentäre Fackeln entwickelt. Beide Entdeckungen werden die Schweißmethoden des nächsten Jahrhunderts maßgeblich beeinflussen.

Bis spätIm 19. Jahrhundert entwickelte sich das Schweißen zu einer treibenden Kraft in der Fertigung. Allerdings waren die Methoden dieser Ära nicht perfekt. Während des Schweißvorgangs kam es zu Oxidation (dem Prozess der Bindung von Metall an Sauerstoffpartikel in der Atmosphäre) und die Schweißverbindungen waren porös und spröde. Solche Schweißnähte stellen eine ernsthafte Gefahr für die Arbeitnehmer dar. Beispielsweise explodierten in der Zeit von 1895 bis 1905 täglich schlecht konstruierte Kessel und forderten Tausende von Todesopfern. Es bestand eindeutig ein dringender Bedarf an besseren Schweißmethoden. Im Folgenden erfahren wir mehr über die neuen und verbesserten Methoden, beginnend mit einem genaueren Blick auf die Besonderheiten des Handwerks.

Schweißen auf See und im Weltraum
RDiese Schweißer reparieren regelmäßig Schiffe und Bohrinseln, wobei sie in der Regel Lichtbogenschweißen verwenden (wobei der Einsatz von Flammen überflüssig wird). Am anderen Ende des Spektrums liegt das Schweißen im Weltraum. Das Vakuum des Raums schafft eine ideale Schweißumgebung, da keine Gase vorhanden sind, die mit dem Schweißpunkt interagieren könnten. ermöglichte die Errichtung der Internationalen Raumstation.

Besonderheiten beim Schweißen

Mittlerweile sind Sie wahrscheinlich zu dem Schluss gekommen, dass Schweißen nicht unbedingt ein komplexer Prozess ist. In nur wenigen Stunden können Sie die Grundlagen mehrerer Schweißmethoden erlernen. Schweißen ist leicht zu erlernen, aber schwer zu meistern. Professionelle Schweißer müssen bei der Ausführung ihrer Arbeit eine Vielzahl unterschiedlicher Variablen berücksichtigen. Egal wie kompliziert die Aufgabe ist, es sind nur drei Dinge erforderlich, um sie zu erledigen: Schweißgeräte, SchweißmaterialUnd Sicherheitsausrüstung.

Die einfachste Schweißausrüstung für den gelegentlichen Einsatz in der heimischen Werkstatt gibt es bereits für unter 100 Euro. Üblicherweise sind diese Geräte zum Lichtbogenschweißen (REL) oder vorgesehenund Elektrodenschweißen. Viele Geräte verfügen als Bedienelemente lediglich über einen Ein-/Ausschalter und sind somit einfach zu bedienen. Allerdings sind einige Geräte (z. B. beim Laserschweißen) so teuer und komplex, dass sie nur in Großindustrien eingesetzt werden.

MITEs geht um Materialien, einige sind leichter zu schweißen als andere. Stahl kann aufgrund seiner Festigkeit, Verfügbarkeit und Schweißbarkeit eine ausgezeichnete Wahl sein. Grundsätzlich gilt: Je stärker der Stahl, desto schwieriger ist er zu schweißen. Dementsprechend wurden mehrere Stahllegierungen durch Schweißen entwickelt. Natürlich kann fast jedes Metall geschweißt werden, einschließlich Gusseisen, Bronze, Aluminium und sogar Titan, obwohl letzteres eine stark geschützte Atmosphäre erfordert, da das Metall sehr reaktiv ist.

Was auch immer täuschtund denken Sie daran: Sicherheit zuerst. Wenn Sie schon einmal persönlich beim Schweißen zugesehen haben, können Sie Zeuge des blendenden Lichts werden, das dabei entsteht. Der ungeschützte Blick direkt auf die Schweißstelle kann eine schmerzhafte Hornhautentzündung mit dem Gefühl von Sand im Auge hervorrufen. Kein Wunder, dass eine gute Schweißmaske Voraussetzung für jede Schutzausrüstung ist.

ÄhSchweißhelme gibt es in vielen Ausführungen. Die einfachsten sind solche, die eine abgedunkelte Platte haben, durch die der Schweißer beim Schweißen schaut. Fortgeschrittenere Masken werden automatisch dunkler, wenn der Schweißpunkt heller wird. Neben gleißender Helligkeit können beim Schweißen Temperaturen von bis zu 5.500 Grad Celsius und zahlreiche Funken entstehen,hierfür sind Handschuhe und lange Ärmel erforderlich.

Schließlich ist je nach Schweißmethode eine gute Belüftung von entscheidender Bedeutung. Schweißer können Schadstoffen wie Blei, Quecksilber und Kohlenmonoxid ausgesetzt sein. Entlüftungsventile können die Ansammlung von Dämpfen im Arbeitsbereich verhindern.

So funktioniert Schweißen
Wir sind bereit, mit dem Schweißen zu beginnen. Die meisten Schweißverbindungen fallen heute in eine von zwei Kategorien: Lichtbogenschweißen und Gasschweißen.

Lichtbogenschweißennutzt einen Lichtbogen zum Schmelzen von Werkstoffen sowie Zusatzwerkstoffen für Schweißverbindungen. Beim Lichtbogenschweißen wird ein Erdungsdraht am Schweißmaterial oder einer anderen Metalloberfläche befestigt. Der zweite Draht wird auf das zu verschweißende Material gelegt. Nachdem sich der Draht leicht vom Material gelöst hat, entsteht ein Lichtbogen. Es sieht aus wie wenn man die Zündkabel von der Batterie abzieht. Der Bogen verbindet dann die Werkstücke mit einem Füllmaterial, das das Zusammenfügen der Teile erleichtert.

DDas Einbringen der Spachtelmasse in die Fuge erfordert eine ruhige Hand und ein Auge fürs Detail. Während der Stab schmilzt, muss der Schweißer mit kleinen, sicheren Bewegungen kontinuierlich weiteres Material in die Verbindung einbringen. Diese Bewegungen verleihen Schweißnähten ihr besonderes Aussehen. Sich zu schnell oder zu langsam bewegen oder den Bogen zu nah halten oderWeg vom Material kann zu schlechten Schweißnähten führen.

REL-Schweißen, Schutzgasschweißen (allgemein bekannt als Metall-Inertgas-Schweißen oder MIG-Schweißen) und Wolfram-Lichtbogengasschweißen (oft als Wolfram-Inertgas-Schweißen oder WIG-Schweißen bezeichnet) sind Lichtbogenschweißen.

Diese drei gängigen Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. Das Elektrodenschweißen beispielsweise ist günstig und leicht zu erlernen. Außerdem ist sie langsamer und weniger vielseitig als einige andere Methoden. Im Gegensatz dazu ist das WIG-Schweißen schwer zu erlernen und erfordert spezielle Schweißgeräte. Das WIG-Schweißen erzeugt jedoch qualitativ hochwertige Schweißnähte und kann Materialien schweißen, die mit anderen Methoden nicht möglich sind.

Gasschweißen ist eine weitere beliebte Schweißmethode. Bei diesem Verfahren wird typischerweise ein Acetylen-/Sauerstoffbrenner zum Schmelzen des Arbeitsmaterials und des Schweißstabs verwendet. Der Schweißer steuert den Brenner und den Stab gleichzeitig und hat so die volle Kontrolle über die Schweißung. Während das Gasschweißen in der Industrie weniger verbreitet ist, wird es dennoch häufig für Wartungs- und Reparaturarbeiten sowie an Skulpturen eingesetzt (dazu später mehr).

" Extremes Schweißen“
Sengend heiße Lichtbögen und Taschenlampen sind kein Kinderspiel, aber es gibt auch extremere Arten des Schweißens. Beim Explosionsschweißen wird der durch eine starke Explosion erzeugte Druck genutzt, um Metalle miteinander zu verbinden. Beim Laserstrahlschweißen werden leistungsstarke Laser eingesetzt, um Metalle miteinander zu verschmelzen.Beim Ultraschallschweißen werden hochfrequente Schwingungen eingesetzt, die Metallmoleküle in Schwingung versetzen und so miteinander verbinden.

Ein guter Schweißer ist schwer zu finden
Wir können uns an die Geschichte des Schweißens erinnern und daran, dass spröde, poröse Schweißnähte bei industriellen Anwendungen zu ernsthaften Sicherheitsproblemen geführt haben. Ein Großteil des Problems bei diesen ersten Schweißnähten ist auf Oxidation zurückzuführen. Mit der Weiterentwicklung der Schweißtechnik haben sich auch die Methoden zum Schutz der Schweißstelle vor Sauerstoff weiterentwickelt. Beim Elektrodenschweißen beispielsweise wird die Elektrode mit einer Schutzschicht überzogen. Dieser Schutz dient mehreren unterschiedlichen Zwecken. Einer davon besteht darin, einen Gasschutz für die Schweißstelle zu schaffen. Das MIG- und WIG-Schweißen geht so weit, Gastanks zu verwenden, die den Schweißpunkt kontinuierlich mit Schutzgasen umhüllen. Der Schutz der Schweißstelle vor Oxidation ist für die Bildung einer festen Schweißnaht unerlässlich.

Der Vorbereitungsprozess selbst ist vielleicht genauso wichtig für die Herstellung starker Schweißnähte. Die Sicherstellung, dass die Arbeitsmaterialien frei von Fett, Schmutz und Staub sind, ist nur der erste Schritt zur ordnungsgemäßen Vorbereitung der Schweißverbindung. Die Wahl des richtigen Verbindungstyps ist entscheidend für eine qualitativ hochwertige Schweißnaht.

Nach dem Schweißen können Sie die Qualität der Schweißnaht auf verschiedene Arten überprüfen. Eine Sichtprüfung kann ergeben, dass das Schweißgerät mit der falschen Geschwindigkeit oder Stromstärke gearbeitet hat, wodurch Risse und lange Unregelmäßigkeiten entstanden sind. Schweißer können ihre Arbeit auch durch Magnetpartikelprüfung und Flüssigkeitsdurchdringung kontrollierenB. durch Ultraschallprüfung, Röntgenprüfung, Druckprüfung oder andere Methoden. Auch eine zerstörende Prüfung, bei der die Schweißnaht im Kontrollprozess zerstört wird, wird häufig zur Bestimmung der Schweißqualität eingesetzt. Unabhängig davon, welcher Test verwendet wird, ist die Sicherstellung, dass die Schweißnaht fest und sicher ist, ein wichtiger Schritt im Prozess.

Schweißen in Industrie und Kunst
Die meisten Schweißarbeiten stehen im Zusammenhang mit der Produktion in der Industrie. Automobilindustrie, Schiffbau, Gewerbebau, Brückenbau – die Liste der Schweißberufe lässt sich beliebig fortsetzen.

Obwohl die meisten Schweißer Männer sind, verdienen Tausende Frauen ihren Lebensunterhalt mit dem Schweißen. Schweißerinnen spielten im Zweiten Weltkrieg eine Schlüsselrolle im Schiffbau.

Eine der interessanteren Anwendungen des Schweißens kommt aus der künstlerischen Gemeinschaft. Zu den ersten Beispielen des Schweißens überhaupt gehörten Kunstwerke, etwa die Eisensäule von Delhi, Indien, sowie goldene Schalen und Kappen, die mehr als 1.000 Jahre alt waren. Bauwerke wie die Bögen von St. Louis Gateway (192 Meter hoch und für eine Lebensdauer von 1.000 Jahren gebaut) und das Brüsseler Atomium veranschaulichen, wie weit die Kunst des Schweißens fortgeschritten ist.

Die Tradition des künstlerischen Schweißens ist nach wie vor stark, da beim Schweißen massive Skulpturen entstehen, die mehrere Tonnen wiegen. Obwohl Künstler nur einen kleinen Teil der Schweißbranche ausmachen, können sie Millionen anderen das Potenzial des Schweißens demonstrieren.