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Schutzgas

Schutzgase werden häufig auch Schweißprozessgase genannt. Das Schweißprozessgas hält nicht nur die Atmosphäre von der Schweißstelle fern. Weitere Wirkungen sind:

• Beeinflussung des Lichtbogens (elektrisch, strömungstechnisch, thermisch)
• Beeinflussung der Viskosität und Oberflächenspannung von Schweißbad und Schweißtropfen
• Beeinflussung des Benetzungsverhaltens
• Metallurgische Reaktion mit Schweißbad und Zusatzwerkstoff
• Regelung des Einbrands
• Beeinflussung von Geometrie und Aussehen der Naht
• Beeinflussung von Strahlung, Wellenlänge und Strahlungsverlusten
• Beeinflussung vom Schadstoffemissionen

Das Schutzgasschweißen wird unterteilt in das Metallschutzgasschweißen (MSG) und das Wolframplasmaschweißen (WP). Die beim Schutzgasschweißen eingesetzten Gase haben die Aufgabe die heiße Schmelze und den Lichtbogen vor den Einflüssen des Luftsauerstoffes und des Stickstoffes zu schützen. Ein Schweißschutzgas kann aber viel mehr. Es hat Einfluss auf den Tropfenübergang, die Einbrandform- und tiefe, die Abschmelzleistung, die Spritzerbildung, Oberflächenspannung der Schmelze u.v.m.
Unter dem Begriff Metallschutzgasschweißen (MSG) werden alle Metall-Schutzgasschweißverfahren, bei welchen der elektrische Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer abschmelzenden Drahtelektrode brennt, zusammengefasst. In Abhängigkeit vom eingesetzten Schutzgas unterscheidet man das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG), und das Metall-Inertgas-Schweißen (MIG). Besteht das Schutzgas aus inerten Schutzgasen, wie Argon, Helium oder deren Gemische, spricht man vom MIG–Schweißen. Verwendet man hingegen aktive Gase mit oxidierender (z.B. Kohlendioxid, Sauerstoff) oder reduzierender Wirkung, wie beispielsweise Wasserstoff, spricht man vom MAG-Schweißen. Die Basis aller Schweißschutzgase bildet Argon. Die Wahl des Schutzgases erfolgt in Abhängigkeit vom eingesetzten Verfahren in Kombination mit dem Grundwerkstoff. Hier ist auf die richtige Draht-Gas-Kombination zu achten.
Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) und Plasmaschweißen (WP-Schweißen) zählen ebenfalls zu den Verfahren des Schutzgasschweißens. Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Elektrode und Werkstück werden durch einen Gasschutz vor Oxidation geschützt. Es werden hauptsächlich inerte Gase eingesetzt, wie beispielsweise Argon 4.6 – I1, Argon/Helium Gemische – I3 und zum Teil reines Helium - I2. Unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften ist der Einsatz von Gasen mit einem reduzierenden Anteil an Wasserstoff und/oder Stickstoff aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll.
Stickstoff, Argon/Wasserstoff und Formiergase, ein Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff, werden für die Intertisierung und den Wurzelschutz beim Schweißen verwendet. Formieren und Wurzelschutz tragen dazu bei, das nicht erwünschte Anlauffarben, die die Korrosionsbeständigkeit beinträchtigen können, verhindert werden.

Praxisbeispiele zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung mit Schweißprozessgasen

Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit und Reduzierung der Nacharbeit beim WIG-Schweißen nichtrostender Stähle

Wasserstoff ist das Gas mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit. Hinzu kommt, dass es ein molekulares Gas ist, das im Lichtbogenbereich in einer endothermen Reaktion dissoziiert und dadurch auf ein höheres energetisches Niveau angehoben wird. Außerhalb des Lichtbogens rekombinieren die Atome in der kühleren Schutzgasglocke in einer exothermen Reaktion, wobei die zuvor aufgewendete Energie wieder freigesetzt wird. Dadurch wird der Wärmeeintrag in die Schweißnaht zusätzlich intensiviert. Weil Wasserstoff versprödend wirkt, wird er generell nur auf wasserstoffunempfindlichen Materialien, austenitischem nichtrostendem Stahl und Nickel-Basis-Werkstoffen eingesetzt. Das Gas mit der zweithöchsten Wärmeleitfähigkeit ist Helium. Da es ein inertes Gas ist, kann es bei allen Materialien eingesetzt werden.
Wird Wasserstoff oder Helium dem Prozessgas zugegeben, resultiert daraus immer eine Verbesserung der Produktivität oder der Qualität des Schweißprozesses. Dabei ist der Effekt von Wasserstoff deutlich größer als der von Helium. Besonders beim WIG-Schweißen, wo die Gaseauswahl sehr eingeschränkt ist, zeigen diese beiden Komponenten eine starke Wirkung. Im unten dargestellten Beispiel erhöht die Beimischung von Wasserstoff bei einem austenitischen Stahl die Schweißgeschwindigkeit und reduziert die Anlauffarben.