Lichtbogenschweißen (MIG/MAG, WIG, Elektrode)

Schmelzschweißen: Ein Lichtbogen schmilzt die Kanten und meist einen Zusatzwerkstoff

Beim Lichtbogenschweißen werden Metallteile verbunden, indem ein Lichtbogen ihre Kanten aufschmilzt, sodass sie ineinanderfließen und als ein Stück erstarren. Es ist die häufigste Art, Stahl zu verbinden, von Fahrradrahmen und Anhängern bis zu Brücken und Schiffen. Die anderen Schmelzschweißverfahren in diesem Kapitel verfeinern dieselbe Idee: schmelzen, mischen, erstarren.

Foto: William M. Plate Jr., Public domain, via Wikimedia Commons

Lichtbogenschweißen · MIG/MAG in der Seitenansicht mit Einblendungen zu WIG und ElektrodeDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten. Die zwei Kästen rechts zeigen, wie WIG- und Elektrodenschweißen die Schritte 4 und 5 verändern.

Lichtbogenschweißen (MIG/MAG, WIG, Elektrode) in einer Minute, von MecMade

So funktioniert es

Den Stromkreis schließen. Eine Stromquelle schickt Strom über ein Kabel zum Brenner, und eine Masseklemme am Werkstück führt ihn zurück. Typische Einstellungen sind einige zehn bis einige hundert Ampere bei nur etwa 10–35 Volt.
Den Lichtbogen zünden. Berührt der Draht das Metall und wird zurückgezogen, bildet sich ein Lichtbogen (ein dauerhafter Funke durch heißes, elektrisch leitendes Gas). Er erreicht mehrere tausend Grad Celsius.
Ein Schmelzbad erzeugen. Der Lichtbogen schmilzt die Kanten beider Teile zu einer kleinen Pfütze aus flüssigem Metall, dem Schmelzbad. Zum Vergleich: Stahl schmilzt bei etwa 1.500 °C.
Zusatzwerkstoff zuführen. Beim MIG/MAG-Schweißen schiebt ein Motor ununterbrochen einen dünnen Draht durch den Brenner. Seine Spitze schmilzt im Lichtbogen und tropft ins Bad, sodass Metall zum Füllen der Fuge hinzukommt.
Das Schmelzbad schützen. Gas, das aus der Düse strömt, verdrängt die Luft. Ohne es würden Sauerstoff und Stickstoff Poren (eingeschlossene Gasblasen) und spröde Nähte verursachen.
Fortbewegen und erstarren. Der Schweißer oder ein Roboter führt den Brenner entlang der Fuge. Dahinter erstarrt das Bad zur Raupe (der erhabenen Schweißnaht), die mit beiden Teilen ein Stück bildet.

Drei Varianten, ein Prinzip. Beim MIG/MAG-Schweißen (Metall-Inertgas / Metall-Aktivgas) wird der Draht automatisch unter Argon oder einem Argon-CO2-Gemisch zugeführt. Das WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas) nutzt eine Wolframelektrode, die nicht schmilzt, während der Schweißer einen separaten Zusatzstab ins Bad taucht. Das Elektrodenschweißen verwendet einen Stab mit Umhüllung aus Flussmittel (einem chemischen Pulver), die verbrennt und ein eigenes Schutzgas sowie eine Kruste namens Schlacke bildet.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Kohlenstoff- und Edelstähle (alle drei Varianten); Aluminium-, Titan-, Kupfer- und Nickellegierungen meist mit WIG oder MIG
Typische Teile: Stahlrahmen, Fahrzeugchassis, Rohre, Tanks, Schiffsrümpfe, Brücken, Fahrradrahmen
Bauteilgröße: Von Blech mit etwa 0,5–1 mm Dicke (WIG) bis zu Platten über 100 mm (viele Lagen); Baugruppen beliebiger Größe
Präzision: Etwa ±1 mm an einer geschweißten Baugruppe; der Wärmeverzug ist die Hauptgrenze, daher werden präzise Flächen danach spanend bearbeitet
Oberfläche: Erhabene, geriffelte Raupe; Spritzer (MIG) oder Schlacke (Elektrode) müssen entfernt werden; bei Sichtflächen bündig verschliffen
Geeignete Losgröße: Einzelstücke und Reparaturen bis zur Serienfertigung mit Robotern
Werkzeug- und Maschinenkosten: Einige hundert bis einige tausend Dollar für ein Handgerät; etwa 100.000 Dollar oder mehr für eine Roboterzelle
Geschwindigkeit: Meist 0,1–0,5 m Naht pro Minute von Hand; WIG ist am langsamsten, Roboter am schnellsten

Stärken und Grenzen

Stärken

Verbindet fast jeden Stahl und mit WIG die meisten anderen Metalle
Günstige, tragbare Ausrüstung; Elektrodenschweißen funktioniert im Freien und bei Wind
Eine gute Naht kann so fest sein wie die Teile, die sie verbindet
Funktioniert in jedem Maßstab, vom Fahrradrahmen bis zum Schiff

Grenzen

Wärme verzieht dünne Teile und verändert das Metall neben der Naht (die Wärmeeinflusszone)
Die Qualität hängt vom Können des Schweißers oder von einem gut eingestellten Roboter ab
Rauch, intensives UV-Licht und Spritzer erfordern Absaugung und Schutzausrüstung
Verdeckte Fehler (Poren, Risse, Bindefehler) müssen bei kritischen Teilen geprüft werden

Wo es eingesetzt wird

BauwesenStahlträger, Stützen, Brückenträger
AutomobilbauChassis, Querlenker, Abgasanlagen (Roboter-MIG)
EnergiePipelines, Druckbehälter, Turmsegmente von Windkraftanlagen
SchiffbauRumpfplatten, Decks und Spanten
Luftfahrt und LebensmitteltechnikDünne Edelstahl- und Aluminiumteile (WIG)
Reparatur und LandwirtschaftReparaturen von Maschinen vor Ort mit Elektrodenschweißen

So erkennen Sie es

Eine erhabene Raupe entlang der Fuge mit feinen halbmondförmigen Riffeln; saubere WIG-Raupen sehen aus wie eine Reihe gestapelter Münzen.
Winzige Metallkügelchen (Spritzer), die neben MIG-Nähten haften.
Strohgelbe, blaue oder regenbogenfarbene Anlauffarben auf Edelstahl neben der Naht.
Gröbere Raupen mit glasiger Restschlacke bei Elektrodennähten.

Im Vergleich mit

Widerstandspunktschweißen7.2klemmt überlappende Bleche und verschweißt sie punktweise mit Strom und Druck; kein Lichtbogen, kein Zusatzwerkstoff, den Bruchteil einer Sekunde pro Punkt.Laserschweißen7.4ein gebündelter Strahl erzeugt schmale, tiefe Nähte mit viel weniger Wärme und Verzug, doch die Ausrüstung kostet weit mehr.Hart- und Weichlöten7.3die Teile schmelzen nie; ein niedriger schmelzender Zusatz fließt in den Spalt, sodass die Verbindungen schwächer sind, der Wärmeschaden aber gering ist.

Ansehen

TimWelds · Wie sich die Varianten unterscheiden, im direkten Vergleich

Miller Welders · Der MIG-Brenner, der Drahtvorschub und das Schmelzbad aus der Nähe

DIY PRO · Wolfram, Zusatzstab und Lichtbogen in Nahaufnahme

FANUC America · Roboter schweißen ein großes Teil in einer Fertigungszelle

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Lichtbogenschweißen — Überblick mit Fotos von Schweißern, Brennern und Raupen
Wikipedia: Metall-Schutzgasschweißen — MIG/MAG-Brenner, Aufbauten und Nahaufnahmen von Nähten
Wikipedia: Wolfram-Inertgasschweißen — WIG-Brenner, Wolframelektroden und Fotos des Lichtbogens
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Ein Lichtbogen schmilzt beide Kanten, meist mit einem Zusatzwerkstoff, zu einem Bad, das zur Verbindung erstarrt.
Schutzgas oder Flussmittel hält die Luft vom heißen Metall fern; ohne sie werden Nähte porös und spröde.
MIG/MAG ist schnell und einfach, WIG langsam und präzise, das Elektrodenschweißen robust und tragbar.