Schweißflammen verstehen: Neutral, carburierend & oxidierend

Heute lernen wir die Arten von Schweißflammen beim Gasschweißen kennen. In meinem letzten Beitrag haben wir das Gasschweißen besprochen. Dabei werden Gase und Brennstoffe verbrannt, um hochtemperierte Flammen zu erzeugen, die zum Erstellen einer Schweißverbindung dienen.

Die Flamme spielt die Hauptrolle beim Erstellen der Schweißverbindung; die Schweißeigenschaften hängen stark von ihr ab. Es gibt drei Flammentypen: neutrale Flamme, carburierende Flamme und oxidierende Flamme. Die neutrale Flamme hat ein synchrones Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff, die carburierende Flamme mehr Brennstoff, die oxidierende Flamme mehr Sauerstoff. Unterschiedliche Materialien erfordern je nach Schweißbedingung unterschiedliche Flammen.

Was ist eine Schweißflamme?

Eine Schweißflamme dient zum Erhitzen von Metall oder Thermoplasten, die beim Abkühlen verschmelzen. Die meisten Gasschweißprozesse nutzen Oxydbrennstoff-Schweißen. Es ist eines der ältesten Schweißverfahren, erstmals 1903 entwickelt. Beim Oxydbrennstoff-Schweißen (auch Oxyacetylenschweißen genannt) benötigt man einen flüssigen Brennstoff oder Gas wie Acetylen. Das Gas wird mit Sauerstoff gemischt, um die Flammentemperatur zu erhöhen.

Der Brenner hat Schläuche, die an Gasflaschen angeschlossen sind. Zum Schweißbeginn öffnet man die Ventile und zündet das Gas an der Brennermündung an. Durch Verstellen der Ventile ändert man den Gasdurchfluss und damit das Gasverhältnis.

Jede Flamme hat mehrere Zonen, sogenannte Kegel. Der innere Kegel ist der heißeste Teil – hier verbinden sich Acetylen und Sauerstoff. Der äußere Kegel ist kühler, da er mehr Sauerstoff aus der Umgebungsluft erhält. Er wird auch äußere Hülle oder Mantel genannt.

Arten von Schweißflammen

Es gibt drei Flammentypen: neutrale Flamme, carburierende Flamme und oxidierende Flamme.

• Neutrale Flamme: synchrones Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff
• Carburierende Flamme: Überschuss an Brenngas
• Oxidierende Flamme: Überschuss an Sauerstoff

1. Neutrale Flamme

Wie der Name impliziert, enthält diese Flamme gleich viel Sauerstoff und Brenngas nach Volumen. Sie verbrennt den Brennstoff vollständig und hat keine chemische Wirkung auf das zu schweißende Metall. Hauptsächlich für Baustahl, rostfreien Stahl, Gusseisen etc. verwendet. Sie erzeugt wenig Rauch.

Diese Flamme hat zwei Zonen. Der innere Bereich ist weiß und ca. 3100 °C heiß, der äußere Bereich blau und ca. 1275 °C heiß.

2. Carburierende Flamme

Diese Flamme hat einen Überschuss an Brenngas. Sie reagiert chemisch mit dem Metall und bildet Metallkarbid. Daher wird sie nicht bei Metallen eingesetzt, die Kohlenstoff aufnehmen. Es ist eine rauchige, ruhige Flamme mit drei Bereichen.

Der innere Bereich ist weiß, der mittlere Bereich rot, der äußere Kegel blau. Die innere Kegeltemperatur beträgt ca. 2900 °C. Verwendet für mittelhochlegierte Stähle, Nickel etc.

3. Oxidierende Flamme

Verringert sich die Acetylenmenge gegenüber der neutralen Flamme oder erhöht sich die Sauerstoffmenge, verschwindet der innere Kegel tendenziell und die entstehende Flamme heißt oxidierende Flamme. Sie ist heißer als die neutrale Flamme und hat zwei klar definierte Zonen.

Der innere Bereich ist sehr hellweiß und ca. 3300 °C heiß. Die äußere Flamme ist blau. Verwendet für sauerstofffreie Kupferlegierungen wie Messing, Bronze etc.

Welches Gas für eine ideale Flamme verwenden?

Acetylen ist das am häufigsten verwendete Gas für die besprochenen Gasschweißflammen, aber nicht die einzige Option. MAPP und Wasserstoff werden oft als Alternativen genannt. Acetylen hat eine „Dreifachbindung“, die Kohlenstoffatome einzigartig bindet.

Bei anderen Gasen bricht die Bindung bei Erreichen der Zündtemperatur; die Gase absorbieren dann Energie. Bei Acetylen wird Energie freigesetzt, wenn die Bindung bricht. Dies ermöglicht höhere Temperaturen.

Verglichen mit anderen Gasen hat Acetylen auch weniger oxidierende Eigenschaften. Es entzündet sich jedoch leicht. MAPP wurde als sicherere Option entwickelt. MAPP-Gas ist ein verflüssigtes Petroleumgas, gemischt mit Propan und Acetylen. Es kann in kleineren Behältern versendet werden, hat eine höhere Zündtemperatur und arbeitet mit deutlich höheren Drücken.

Nachteil von MAPP: Die Temperatur. MAPP-Flammen erreichen niedrigere Temperaturen als Acetylenflammen. Für die meisten Stähle ungeeignet, kann aber für Aluminium gut funktionieren. Wasserstoff schweißt Aluminium ebenfalls leicht. Wie MAPP erreichen Wasserstoffflammen niedrigere Temperaturen und arbeiten mit höheren Drücken.

Wenn Sie nicht Aluminium schweißen wollen, bleiben Sie bei Acetylen. Die niedrigeren Temperaturen und Abgabequoten verhindern, dass MAPP und Wasserstoff härtere Metalle ordnungsgemäß verschmelzen. Obwohl MAPP und Wasserstoff nicht die besten Wahl für Gasschweißen sind, sind sie beliebte Optionen für Gasschneiden. Mit Hochdruckbrennern liefern sie sauberere Schnitte.

Die niedrigeren Temperaturen machen MAPP und Wasserstoff auch zu gängigen Optionen für Erhitzen, Biegen und Hartlöten.

Häufige Verhältnisse für Oxyacetylen-Flammen

Neutrale Gasschweißflammen haben ein gleiches Gemisch aus Sauerstoff und Gas. Carburierende Flammen haben weniger Sauerstoff, oxidierende Flammen mehr Sauerstoff. Wie bestimmt man das Verhältnis?

Unabhängig vom Projekt: mit neutraler Flamme beginnen. Carburierende und oxidierende Flammen werden durch Erhöhen der Acetylen- bzw. Sauerstofffreigabe nach Erreichen der neutralen Flamme erzeugt.

Typische Sauerstoff-Acetylen-Verhältnisse für jede Flamme:

• Carburierende Flamme: 0,8 bis 1,0
• Neutrale Flamme: 1,0 (ausgeglichen)
• Oxidierende Flamme: 1,0 bis 2,5

Erhöht man den Acetylendurchfluss, beginnt der charakteristische „Feder“-Bereich (Feather) sich vom inneren Kegel zu strecken. Die Feder sollte etwa die zwei- bis dreifache Länge des inneren Kegels erreichen. Die Verhinderung der vollständigen Verbrennung senkt auch die Temperatur.

Für eine oxidierende Flamme erhöht man stattdessen den Sauerstoffdurchfluss. Der überschüssige Sauerstoff erzeugt den oxidierenden Effekt und lässt das Gas schneller verbrennen, was höhere Temperaturen ergibt.

Wie erzeugt man eine neutrale Flamme beim Gasschweißen?

Da die neutrale Flamme der Ausgangspunkt für andere Flammen ist, ist sie die erste, die man erlernt. Zunächst die Regler einstellen. Sauerstoff- und Acetylenflasche haben jeweils einen Regler mit zwei Manometern: eines für den Flaschendruck, eines für den Arbeitsdruck.

Durch Drehen der Reglerschraube wird der Arbeitsdruck eingestellt, um den Sauerstoff- oder Gasdurchfluss zu erhöhen oder zu verringern. Vor dem Anzünden vom Regler wegstehen und langsam die Sauerstoffflasche, dann die Acetylenflasche öffnen. Reglerschrauben justieren, um die Druckwerte einzustellen.

Mit eingestellten Reglern den Brenner anzünden und justieren. Acetylenventil ca. Viertelumdrehung öffnen und Brenner zünden. Sauerstoffventil langsam öffnen, bis drei deutliche Zonen sichtbar sind: innerer Kegel, federförmiger Acetylenkegel, äußere Hülle. Sauerstoffventil weiter langsam öffnen, bis die Feder in den inneren Kegel verschwindet. Nun hat man eine neutrale Flamme.

Für carburierende Flamme: Acetylenventil langsam öffnen, bis die Feder die zwei- bis dreifache Länge des inneren Kegels erreicht. Für oxidierende Flamme: Sauerstoffdurchfluss erhöhen, bis der innere Kegel auf ca. ein Viertel seiner ursprünglichen Größe geschrumpft ist. Man hört auch ein deutliches Zischen.