Das Schutzgasverfahren ist ein Verfahren, bei dem eine reaktive Atmosphäre (oxidierend, brennbar, explosiv) oder einfach die Umgebungsluft durch ein Inertgas, auch Schutzgas genannt, ersetzt wird.
Das beim Schweißen am häufigsten verwendete Inertgas ist Argon, es kommen jedoch auch andere Gase wie Stickstoff oderCO₂zum Einsatz. Schutzgase dienen dazu, den Sauerstoff aus der Umgebung des Schweißbereichs zu verdrängen, vor allem um Korrosion an der auf hohe Temperaturen erhitzten Oberfläche zu vermeiden.
Woher stammt der Begriff„Schutzgas“?
Ein Schutzgas enthält keine aktiven Stoffe, die das Endergebnis einer Schweißnaht beeinflussen könnten. Allerdings muss man bei der korrekten Definition des Begriffs„Schutzgas“sehr sorgfältig vorgehen, da manche Schweißer sehr geringe Mengen an aktiven Gasen hinzufügen. Diese aktiven Gase haben einen direkten Einfluss auf die Schweißnaht.
Es gibt zwei Arten von aktiven Gasen: oxidierende Gase und reduzierende Gase.
- Oxidierende Gase werden beim manuellen und automatischen MAG-Schweißen (Metal Active Gas-Schweißen) sowie beim Roboterschweißen verwendet.
- BeimWIG-Schweißen(Wolfram-Inertgas-Schweißen) werden reduzierende Gase wie Wasserstoff verwendet, der eine hohe Affinität zu Sauerstoff aufweist und somit das Erscheinungsbild der Schweißnaht verbessert, aber auch die Verfärbung der Oberfläche auf ein Minimum beschränkt. Wasserstoff wird zudem zur Verstärkung der Schweißnaht eingesetzt und sorgt dadurch für eine tiefere Schweißnahtdurchdringung.
Sobald ein Gasgemisch mehr als 1 % aktives Gas enthält, gilt es nicht mehr als Inertgas, sondern als aktives Gas.
Bei allen Anwendungen tritt das Schutzgas aus einer Schweißdüse aus, die das Gas abgibt, um die Umgebungsluft zu verdrängen, die in der Regel zu 21 % aus Sauerstoff, zu 78 % aus Stickstoff und zu 1 % aus anderen Gasen (Wasserdampf, Methan, Ozon, Kohlendioxid usw.) besteht. Diese verschiedenen Gase wirken sich negativ auf den beim Schweißen erhitzten Bereich aus – insbesondere Sauerstoff, der das Schweißergebnis beeinträchtigt.
Was sind die häufigsten Anwendungsbereiche?
Für das Orbitalrohrschweißen würde man einengeschlossenen Schweißkopf, eine Vorfertigungsmaschine oder einenoffenen Schweißkopf wählen.
Ein geschlossener Kopf – genauer gesagt dessen geschlossene Kammer, in die das Rohr eingeschweißt ist – wird mit Schutzgas befüllt.
Bei Verwendung einer Vorfertigungsmaschine oder eines offenen Kopfes wird das Gas mit sehr hoher Durchflussrate ähnlich wie ein Wasserstrahl versprüht, um sicherzustellen, dass am Düsenaustritt eine Inertatmosphäre herrscht.
Weitere Anwendungsbereiche sind lineare Schweißnähte – die sehr häufig vorkommen – sowie ausgefallenere Schweißnähte, bei denen der Einsatz eines Schutzgases erforderlich ist.
Warum ist die Abschirmung beim Schweißen so wichtig?
Metalle reagieren im Allgemeinen, sobald Sauerstoff vorhanden ist, insbesondere beim Schweißen von Stahl, der auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Dies gilt insbesondere für rostfreie Stähle. Rostfreie Stähle verfügen über eine dünne Chromschicht, die sie vor Korrosion schützt. Sobald jedoch der Schweißvorgang beginnt, wird diese Schicht verändert, und es kommt fast augenblicklich zu einer Oxidation. Wenn die geschweißten Teile korrodieren, spricht man von Wurzelporosität. In der Schweißnaht bilden sich kleine Löcher, und der verschweißte Bereich kann nicht mehr als Edelstahl bezeichnet werden, da die Chromschicht zerstört wurde. Dies gilt auch für andere Edelmetalle wie Titan und andere korrosionsbeständige Legierungen.
Abschirmung und Stahl: Eine wenig beliebte Anwendung
Manche Schweißer verwenden Schutzgase sogar bei „herkömmlichen“ Stählen. Beim Schweißen oxidieren diese Stähle an der Oberfläche leicht und bilden eine Schicht, die als Zunder bezeichnet wird und – im Gegensatz zur Wurzelporosität – wie eine Verfärbung aussieht. Wenn die Anwendung mechanische Beständigkeit für bewegliche Teile erfordert, die Ermüdungseffekten ausgesetzt sein können, kann dies aufgrund von Mängeln in Form, Geometrie oder Reinheit zu Problemen führen. Diese Auswirkungen sind oft mikroskopisch klein und für das bloße Auge unsichtbar – trotz der großen Abmessungen der Anlagenkomponenten. Dank der Schutzgasbehandlung weist die Schweißnaht das gleiche glatte und glänzende Erscheinungsbild sowie den gleichen Reinheitsgrad wie eine Edelstahlschweißnaht auf, und das Risiko einer Rissbildung im Laufe der Zeit wird hinausgezögert.
