Welche Schweißverfahren gibt es? Eine Übersicht

Der aktuelle Stand der Technik ermöglicht es uns, einen Großteil der bekannten Stähle und Legierungen stofflich zu verbinden. Jeder Anwendungsfall verlangt andere Verfahren, Einstellungen, Zusätze, Schutzgase und Schutzkleidung. Selbst die Anforderungen an die unmittelbare Umgebung unterscheiden sich je nach Schweißverfahren deutlich voneinander.

Schweißer mit E-Hand-Schweißgerät schweißt vor blauem Himmel mit Funken

Um zu verstehen, warum sich bestimmte Verfahren für konkrete Anforderungen besser oder schlechter eignen, ist es notwendig, diese genauer zu betrachten und einzuordnen.

Die Themen im Überblick

Die Schweißverfahren in kurzer Übersicht

Schweißen mittels Gasgemisch aus Sauerstoff und Acetylen. Eine bis zu 3000 °Celsius heiße Flamme schmilzt den Grundwerkstoff auf.

Eine Stabelektrode entzündet bei Berührung des Werkstücks einen Lichtbogen. Die Umhüllung verdampft und fungiert als Schutzgas.

Verfahren mittels inerten oder aktiven Schutzgasen und automatischer Zuführung des Schweißdrahtes, welcher bei Berührung des Werkstücks einen Lichtbogen entzündet.

Ein Lichtbogen zwischen Werkstück und Wolframelektrode schmilzt das Material auf. Helium, Argon oder ein Gemisch aus beiden Gasen schützt Elektrode und Schweißbad vor der Umgebungsluft.

Zum Verschweißen von bolzenartigen Elementen. Ein Lichtbogen zwischen Werkstück und Stirnfläche des Bolzens verflüssigt beide kurzzeitig, wodurch eine stoffliche Verbindung entsteht.

Gebündeltes Licht sorgt bei geringer Wärmeeinwirkung auf das Bauteil für dessen Aufschmelzen und Verbindung. Dieses Verfahren wird häufig vollautomatisiert angewendet.

Ein Lichtbogen wird unter Zuführung grobkörnigen Pulvers gezündet, um Werkstücke besonders schnell zu verschweißen.

Verfahren ohne Zusatz und Schutzgas durch Wärme und Druckeinwirkung mittels Elektroden.

Gasschweißen – das älteste Schweißverfahren

Das Gasschmelzschweißen, mittels Sauerstoff-Acetylen-Gemisch und einer Flamme von bis zu 3000 °Celsius war revolutionär. Es eröffnete Ingenieuren Ende des 19. Jahrhunderts ungeahnte Möglichkeiten, ihre Konstruktionen auszulegen.

Autogenschweißen ist relativ einfach und nahezu überall einsetzbar. Es findet auch heute noch häufige Anwendung auf Baustellen und im Handwerk.

Grafik Autogenschweißen Funktionsprinzip

Zwei Gasflaschen mit reinem Sauerstoff und Acetylen sind durch zwei Schläuche mit einem Handbrenner verbunden. Dieser arbeitet nach dem Injektorprinzip: Eine Mischdüse lässt Sauerstoff innen schnell hindurchströmen, was eine Sogwirkung auf das Acetylen im äußeren der Düse ausübt. Der Schweißer stellt das Gasgemisch durch zwei Ventile entsprechend ein, zündet die Flamme und beginnt das zu fügende Material zu schmelzen. Dabei ist er in der Lage, einen Zusatz in Drahtform per Hand hinzuzugeben und auch größere Spalte zu überbrücken.

Lichtbogenhandschweißen – simpel, aber effektiv

Die industrielle Produktion elektrischen Stroms ermöglichte das Schweißen mittels Lichtbogen. Anfänglich noch durch zwei Kohleelektroden umgesetzt, nutzen Schweißer heute Drahtelektroden mit Umhüllung.

Wie funktioniert das E-Handschweißen?

Der Schweißer befestigt den Schweißstab, der zugleich auch Elektrode ist, in einer Klemme und verbindet das Werkstück mit einem Massekabel.
Die abschmelzende Stabelektrode entzündet bei Berührung mit dem zu schweißenden Werkstück einen Lichtbogen. Die Inhaltsstoffe der Umhüllung helfen diesen zu stabilisieren und verhindern die Oxidation der Schweißnaht.
Nach dem Auskühlen bildet sich die sogenannte Schlacke auf der Naht, die mithilfe eines spitzen Schlackehammers abzuklopfen, und einer Drahtbürste zu reinigen ist.

Dieses Schweißverfahren benötigt kein zusätzliches Schutzgas, da die Stoffe in der Umhüllung ausreichen, um die Naht vor Verunreinigungen und Einschlüssen zu schützen.
Dadurch bleibt das Gerät kompakt und kann, je nach Ausführung, mit einer Hand getragen werden.

Grafik E-Hand-Schweißen

Welche Schweißstäbe benötige ich?

Umhüllte Stabelektroden bestehen aus einem Kernstab und einer vorwiegend mineralischen Umhüllung, die durch Bindemittel am Kernstab haftet.
Die Vielzahl der erhältlichen Schweißstäbe ermöglicht es, beinahe alle erdenklichen Werkstoffe mit diesem Schweißverfahren zu fügen.

Die Schweißstäbe lassen sich nach:

  • Umhüllungstyp
  • Umhüllungsdicke
  • Material
  • und Art der Lage

unterscheiden.

Je nach Anwendung muss die richtige Stabelektrode genutzt werden, um saubere Ergebnisse zu erzielen.

Einstellung der richtigen Stromstärke beim E-Handschweißen

Als Faustformel für die richtige Stromstärke beim E-Handschweißen gilt:

Stromstärke (in Ampere) = 30 bis 50 x Kernstabdurchmesser

Die Blechdicken, die sich mittels E-Handschweißen fügen lassen, beginnen etwa bei 1,5 mm und sind rein theoretisch nach oben unbegrenzt. In der Praxis liegt die Grenze bei etwa 100 mm. Für dickere Werkstücke wird mit mehreren Lagen gearbeitet.

Unabhängig vom gewählten Schweißstab und der eingestellten Stromstärke bietet das E-Handschweißen einen entscheidenden Vorteil, den es mit dem Gasschmelzschweißen teilt: Das Verfahren eignet sich hervorragend zum Schweißen im Freien, da es unempfindlich gegenüber Zugwind ist.

MIG/MAG-Schweißen – mit verschiedenen Gasen zur perfekten Schweißnaht

Die Entwicklung des MIG/MAG-Schweißens eröffnete wiederum neue Türen. Das Schutzgasschweißverfahren ist einfach zu erlernen und durch die Verwendung von inerten oder aktiven Gasen vergrößert sich die Anzahl der schweißbaren Legierungen immens.

Durch den Handbrenner wird der Schweißdraht, der zugleich Zusatz und Elektrode darstellt, automatisch zugeführt. Eine Düse am vorderen Ende lässt Schutzgas ausströmen, wodurch die Umgebungsluft verdrängt wird.

Beim Metall-Aktivgas-Schweißen, kurz MAG-Schweißen, ist dem Schutzgas eine aktive Komponente beigemischt, meist ist das CO2 oder Sauerstoff. Diese soll mit dem Werkstoff reagieren, geschützt von der anderen Komponente des Mischgases, dem Inertgas.

Grafik MIG / MAG-Schweißen Funktionsprinzip

Beim Metall-Inertgas-Schweißen besteht das Schutzgas nur aus inerten, also nicht reaktiven Gasen. In diesem Falle ist das zumeist reines Argon oder Helium, in manchen Fällen auch beide in Kombination.

WIG-Schweißen – ruhige Hände und viel Übung

Das WIG-Schweißen entstand auf der Suche nach einem Verfahren zum Fügen des leicht entzündlichen Magnesiums. Lichtbogenschweißen mittels Wolframelektrode und zunächst Helium als Schutzgas brachte die Lösung für dieses Problem. Seit dem gilt WIG-Schweißen als Königsdisziplin unter Schweißern und verlangt viel Übung und handwerkliches Geschick.

Beim Wolfram-Inertgasschweißen ist die Elektrode im Gegensatz zu anderen Verfahren nicht schmelzend und der Schweißdraht wird von außen hinzugefügt. Das ermöglicht die volle Kontrolle über den Schweißzusatz und ermöglicht, bei entsprechender Fähigkeit, sehr schöne Schweißnähte. Im Gegensatz zu anderen Verfahren ist die Schweißgeschwindigkeit hier allerdings geringer.

Grafik WIG-Schweißen Funktionsprinzip

Bolzenschweißen – wie man Bolzen unlösbar verbindet

Das Lichtbogenbolzenschweißen ist ein Lichtbogenpressschweißverfahren.
Ziel ist es, dass bolzenförmige Teile wie Gewindebolzen, Stifte, Buchsen, Ösen oder Haken eine dauerhafte, unlösbare Verbindung mit anderen Bauteilen eingehen. Ein gezündeter Lichtbogen zwischen Bolzen und Werkstück schmilzt die Fügestellen auf und geringer Anpressdruck bis zum Auskühlen sorgt für eine anschließende stoffschlüssige Verbindung.

Die Produkte, die mittels dieser Schweißtechnik gefertigt werden, finden sich vermutlich auch in Ihrer Küche: Sind die Knäufe auf den Deckeln Ihrer Kochtöpfe nicht sichtbar mit einer Schraube auf diesem befestigt, handelt es sich höchstwahrscheinlich um eine stoffschlüssige Verbindung durch Bolzenschweißen.

Bolzenschweißen Schweißer schweißt Bolzen auf Baustelle

Zu unterscheiden sind das Hubzündungsbolzenschweißen und das Spitzenzündungsbolzenschweißen.

Hubzündungsbolzenschweißen

Das Hubzündungsbolzenschweißen zeichnet sich durch eine Zündung des Lichtbogens nach dem Anheben des Bolzens vom Werkstück aus. Dadurch werden beide Elemente kleinflächig aufgeschmolzen und gehen durch anschließendes Aneinanderpressen und Auskühlen eine feste Verbindung ein.

Die wichtigsten Parameter für diese Variante sind der Schweißstrom, die Schweißzeit, der Hub (die Lichtbogenlänge) und der Überstand (das Eintauchmaß).

Spitzenzündungsbolzenschweißen

Diese Technik setzt eine äußerst eng tolerierte Zündspitze am unteren Ende des Bolzens voraus.
Das Verfahren lässt sich wiederum in zwei weitere Arten unterteilen.
Beim Spaltverfahren schmilzt die Zündspitze explosionsartig, verdampft dabei zum Teil und ein Knall ist zu hören. Der geöffnete Stromkreis induziert eine Spannung, die einen Lichtbogen zündet, der für kurze Zeit so stark ist, dass er die gesamte Fläche des Bolzens und Teile des Werkstücks aufschmilzt. Das kleine Schweißbad reicht aus, um die Elemente zu verbinden.

Das Kontaktverfahren verläuft ähnlich, jedoch hat der Bolzen bereits zu Beginn des Schweißvorgangs Kontakt zum Bauteil.

Die extrem kurze Schweißzeit und Einbrenntiefe macht es möglich, Bolzen auf dünne Materialien von nur 1 bis 1,5 mm Stärke zu schweißen.

Der Schutz des Schweißbades

Der Schutz des Schweißbades erfolgt entweder durch Schutzgas, oder wird durch einen Keramikring um den Bolzen realisiert.
Das Verfahren kann allerdings auch völlig ohne Schutzgas auskommen.

Laserschweißen – längst keine Science-Fiction mehr

Das Laserschweißen nutzt einen gebündelten Lichtstrahl, der das Material punktuell aufschmilzt. Dieses Verfahren eignet sich für Fertigteile, da der Wärmeeintrag sehr gering ist und weniger Spannungen im Material auftreten. Meist schützen Argon und andere inerte Gase das Schweißbad vor Oxidation und Verunreinigungen.

Laserstrahlschweißen funktioniert manuell, halb- und vollautomatisch. Ein Arbeiter führt beim manuellen Laserstrahlschweißen den Draht mit der Hand zu und kann den Prozess durch ein getöntes Binokular beobachten. Die Steuerung halbautomatischer Anlagen geschieht mittels Joystick. Vollautomatische Maschinen nutzen CNC-Programme und fahren festgelegte Wege ab.

Orangener Laser Roboter schweißt Werkstück unter Funken
Die Vorteile:
zielgenauer Wärmeeintrag
kleinste Wärmeeinflusszonen, dadurch wenig Spannungen und Verzug
sehr stabile Nähte
optimale Prozesskontrolle, besonders bei CNC-Maschinen
Schweißbarkeit vieler verschiedener Stoffe
Kann auch zum Pulverauftragsschweißen verwendet werden

Das Unterpulverschweißen

Die Schwerindustrie wendet das UP-Schweißen aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit beim Fügen dickerer Bleche und Konstruktionen an.
Die Werkstücke werden durch einen Lichtbogen verschweißt. Dieser schmilzt automatisch zugeführtes, grobkörniges Pulver auf, welches sich dann als flüssige Schlacke auf die frische Naht legt und sie vor Umwelteinflüssen schützt. Eine Draht- oder Bandelektrode dient als Zusatz.

Unterpulverschweißen erfreut sich großer Beliebtheit im Schiffs- und Schienenfahrzeugbau sowie im Windkraftanlagenbau.
Das Verfahren ist schnell, es entstehen verhältnismäßig wenig Schadstoffe und die Spaltüberbrückbarkeit ist ausgezeichnet.
Diese Schweißtechnik kennt mehrere Arten, die sich folgendermaßen unterscheiden:

Eindrahtschweißen

Es ist die am häufigsten angewandte Methode und zeichnet sich durch eine hohe Abschmelzleistung aus. Meistens nutzt der Schweißer Gleichstrom und das feine Ende einer Drahtelektrode von 2 bis 4 mm Durchmesser und einer Länge von 20 bis 40 mm (Stick-Out).
Die Abschmelzleistung steigt, sobald er einen kleineren Durchmesser bei gleichbleibender Stromstärke nutzt. Zudem ergibt sich dadurch ein tieferer Einbrand.

Doppeldrahtschweißen

Das UP-Doppeldrahtverfahren (auch Twin genannt) nutzt zwei Drahtelektroden mit kleinerem Durchmesser. Beide sind an eine Gleichstromquelle angeschlossen und befinden sich maximal 15 mm voneinander entfernt. Die Abschmelzleistung beim Twin-Verfahren erhöht sich um bis zu 30 %. UP-Doppeldrahtschweißen verbessert die Spaltüberbrückbarkeit, die Schweißgeschwindigkeit und zeichnet sich durch äußerst stabile Schweißnähte aus.

UP-Bandschweißen

Dieses Verfahren unterscheidet sich vom UP-Eindrahtschweißen lediglich durch eine bandförmige Elektrode. Das UP-Bandschweißen findet Verwendung beim Plattieren; ein Verfahren, bei dem höherwertige Metalle auf weniger hochwertige Metalle aufgebracht werden. Temperatur und Druck sorgen für eine unlösbare Verbindung.

UP-Tandemschweißen

Das UP-Tandemschweißen erhöht die erreichbare Schweißgeschwindigkeit ein weiteres Mal. Bis zu sechs aufeinanderfolgende Elektroden arbeiten direkt nacheinander. Jede Elektrode, ausgestattet mit einer eigenen Stromquelle, besitzt eine Vorschubeinheit, um den Draht zuzuführen. Die erste Drahtelektrode, betrieben mit Gleichspannung, sorgt für einen tiefen Einbrand, die nachfolgenden, betrieben mit Wechselstrom, füllen diesen auf. Die letzte Elektrode bewirkt eine breite Naht mit einer hohen Oberflächengüte.

Das Widerstandsschweißen

Wenn Sie eine Bandsäge in Ihrer Werkstatt haben oder eine solche noch aus der Ausbildung kennen, dann sind Sie mit dem Widerstandsschweißen bereits vertraut.

Elektrisch leitfähige Werkstoffe lassen sich mittels Widerstandsschweißen verbinden. Haben die zu verbindenden Elemente die Schweißtemperatur erreicht, wirkt auf die Fügestelle eine Kraft, bis die Schmelze erstarrt. Diese Schweißtechnik kennt ebenfalls mehrere Varianten:

Widerstandspunktschweißen

Insbesondere im Fahrzeug- und Karosseriebau findet dieses Verfahren zum Verbinden von Blechen Anwendung. Unterschiedliche Metalle und Metallkombinationen können auf diese Art verschweißt werden. Widerstandspunktschweißen wird in der Elektroindustrie zur Fertigung von Kondensatoren, Relais und anderen elektronischen Bauteilen verwendet.

Den zu verschweißenden Teilen wird während einer Krafteinwirkung über Elektroden Strom zugeführt. Die Widerstandserwärmung erhitzt die Werkstücke auf Schweißtemperatur und an der Berührungsstelle verbinden sich die beiden Elemente. Nach dem Erstarren sind sie verschweißt.

Alle Verfahren dieser Schweißtechnik sind energieeffizient, benötigen kein Zusatzmaterial und sorgen für geringen Materialverzug.

Widerstandsbuckelschweißen

Zunächst wird eines der zu verschweißenden Bauteile mit einem Schweißbuckel besetzt. Die Elektroden pressen dieses und das andere Bauteil zusammen, während ein starker Strom zugeführt wird. Dadurch schmilzt der Schweißbuckel und die Metalle verbinden sich.
Drahtgeflechte und Gitter können an den überlappenden Stellen durch ihre Form bereits einen Schweißbuckel besitzen, sodass dieser nicht extra aufgelegt werden muss.

Widerstandsrollnahtschweißen

Das Widerstandsrollnahtschweißen basiert auf dem gleichen Prinzip wie das Widerstandspunktschweißen. Die Elektroden sind jedoch rollenförmig und führen die zu verschweißenden Bleche. Durch die Bewegung und gleichmäßigen Druck bei gleichbleibender Stromstärke ergibt sich eine durchgehende Schweißnaht zwischen den Bauteilen.

Welche persönliche Schutzkleidung (PSA) benötige ich für welches Verfahren?

Die Berufsgenossenschaft schreibt je nach Verfahren und Situation verschiedenste Schutzkleidungen und -einrichtungen vor.

Generell ist immer eine getönte Schutzbrille, ein Schweißhelm oder ein Schweißschirm zum Schutz der Augen zu verwenden. Verblitzte Augen bereiten große Schmerzen und können sogar zur Erblindung des Schweißers führen.

Schwer entflammbare Kleidung wird stets hochgeschlossen getragen. Sicherheitsschuhe und besonders beim Gasschweißen auch Schienbeinschoner verhindern schwerste Verbrennungen. Ein Lendenschurz schützt vor der auftretenden Strahlung beim Schweißen.

Lärmschwerhörigkeit ist laut DGUV bei Schweißtätigkeiten die häufigste Berufskrankheit. Daneben besteht für Schweißer ein erhöhtes Risiko an Atemwegserkrankungen zu leiden. Achten Sie bei entsprechenden Schweißarbeiten auf ausreichende Absaugsysteme, um sich vor Feinstaub zu schützen.

Im Zweifel gibt die Berufsgenossenschaft Ihnen genaue Anweisungen zum sicheren Umgang mit den verschiedenen Schweißverfahren.

Wofür wird Schutzgas benötigt?

Das Schutzgas schirmt das Schmelzbad sowie den Lichtbogen vor Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ab. Dadurch werden Poren und Einschlüsse in der Schweißnaht verhindert. Der Schutz vor dem Sauerstoff in der Umgebungsluft verhindert zudem das Verbrennen und Oxidieren.

Schutzgas Gasflaschen grüne Flaschenschulter

Besonders für hochlegierte Stähle und Leichtmetalle benötigen Sie entsprechende Schutzgase, um qualitativ hochwertige Schweißnähte zu produzieren.

Welche Schutzgase brauche ich beim Schweißen?

Grundsätzlich unterscheidet man Schutzgase beim Schweißen in aktive und inerte Schutzgase. Beim Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen) soll das Aktivgas in der Schutzgasmischung explizit mit dem Werkstück reagieren. Die Schutzwirkung des Inertgas vor atmosphärischen Gasen bleibt vorhanden und die Reaktion kann genau kontrolliert besser. Die verwendeten Gase, meist reines Kohlendioxid oder Schweißgas Mischungen auf Basis von Argon, beeinflussen aktiv das Schweißergebnis. Ihr Zusatz beeinflusst die Stabilität des Lichtbogens, das Einbrandverhalten und letztlich auch die Struktur des Werkstücks.

Oxidierende Schutzgase
Inerte Schutzgase
Argon (Ar)
Helium (He)
Reduzierende Schutzgase
Argon/Wasserstoff Mischungen
Reaktionsträge Schutzgase

Inerte Schutzgase unerlässlich beim MIG-Schweißen und WIG-Schweißen

Gilt es, eine Reaktion der Außenluft gänzlich zu vermeiden, kommen inerte Schutzgase zum Einsatz. Sie verdrängen die atmosphärische Luft und damit alle reaktionsfähigen Elemente rund um die Schweißnaht. Im Gegensatz zu Aktivgasen kommt es hier zu keinerlei Reaktion. Das garantiert das gewünschte Schweißergebnis und verhindert schädliche Außeneinflüsse auf die Schweißnaht.

Geeignete Schutzgase zum Schweißen nach ISO 14175

Nachfolgend haben wir die verschiedenen Schweißgase in einer Tabelle zusammengefasst. Die Veränderungen zur DIN EN439 sind hier schon eingetragen.

Übersicht geeigneter MAG-Schweißgase und deren Zusammensetzung

Metall-Aktivgas-Schweißen erfordert oxidierende Mischgase, die jeweils in Untergruppen eingeteilt sind. Die Gruppe C ist Kohlendioxid.

GruppeKennzahlCO2O2ArHeH2N2Bemerkung
M11> 0 bis 5Rest*> 0 bis 5 schwach oxidierend
2> 0 bis 5Rest*schwach oxidierend
3> 0 bis 3Rest*schwach oxidierend
4> 0 bis 5> 0 bis 3Rest*schwach oxidierend
CO2O2ArHeH2N2
M20> 5 bis 15Rest*
1> 15 bis 25Rest*
2> 3 bis 10Rest*
3> 0 bis 5> 3 bis 10Rest*
4 > 5 bis 15> 0 bis 3Rest*
5 > 5 bis 15> 3 bis 10Rest*
6> 15 bis 25> 0 bis 3Rest*
7> 15 bis 25 > 3 bis 10Rest*
CO2O2ArHeH2N2
M31> 25 bis 50Rest*
2> 10 bis 15Rest*
3> 5 bis 50> 8 bis 15Rest*
C1100stark oxidierend
2Rest> 0 bis 30stark oxidierend
Die Zahlen entsprechen den Volumenanteilen in Prozent
* Der Argon Anteil kann teilweise oder vollständig durch Helium ersetzt werden

Zusammensetzung geeigneter Schutzgase für WIG-Schweißen, Plasmaschweißen und Wurzelschutz

Reduzierende und inerte Schutzgase kommen beim Wolfram-Inertgas-Schweißen, Plasmaschweißen und zum Wurzelschutz, dem Formieren, zum Einsatz. Bei reduzierenden Schutzgasmischungen kommen Argon und Wasserstoff als Mischgas zum Einsatz.

GruppeKennzahlCO2O2ArHeH2N2Bemerkungen
R1Rest*> 0 bis 15reduzierend
2Rest*> 15 bis 50 reduzierend
I1100inert
2100inert
3Rest> 0 bis 95inert
Die Zahlen entsprechen den Volumenanteilen in Prozent
*Der Argon Anteil kann teilweise oder vollständig durch Helium ersetzt werden

Schutzgase zum Plasmaschweißen und Wurzelschutz (Formieren)

Hier kommt vor allem der reaktionsträge Stickstoff zum Einsatz. Bei bestimmten Anwendungen wird noch anteilig Wasserstoff hinzugefügt.

GruppeKennzahlCO2O2ArHeH2N2Bemerkungen
N1100reaktionsträge
2Rest*> 0 bis 5
3Rest*> 5 bis 50
4Rest*> 0 bis 10> 0 bis 5
5> 0 bis 50
Die Zahlen entsprechen den Volumenanteilen in Prozent
*Der Argon Anteil kann teilweise oder vollständig durch Helium ersetzt werden

Author: Johannes Partz

Johannes Partz

Johannes ist Geschäftsführer bei Gasido. Er ist ein Experte auf dem Gebiet der Industriegase. In der Energiebranche ist er seit 2013. Er war in verschiedenen Positionen in Technik und Vertrieb tätig. Gasido.de wurde im Jahr 2017 gegründet und ist seit Anfang 2020 Teil seiner Unternehmungen.