Schweißgase:101 Warum wir sie verwenden und ihre Arten

Was sind Schweißgase?

Schweißgas wird auf vielfältige Weise eingesetzt. Dazu gehören das Abschirmen des Lichtbogens vor Verunreinigungen wie Luft, Staub und anderen Gasen; Schweißnähte auf der Unterseite der Naht gegenüber dem Lichtbogen sauber halten (oder spülen); und Erhitzen von Metall. Schutzgase werden auch verwendet, um Metall nach dem Schweißprozess zu schützen.

Bei Schweiß- und Schneidprozessen verwendete Gase umfassen:

• Schutzgase wie Kohlendioxid, Argon, Helium usw.
• Brenngase wie Acetylen, Propan, Butan usw.
• Sauerstoff, verwendet mit Brenngasen und auch in kleinen Mengen in einigen Schutzgasmischungen

Während traditionelle Stabschweißer beim Schweißen nur sehr wenig über Gase wussten, hat der Aufstieg der MIG- und WIG-Schweißgeräte in den letzten 70 bis 80 Jahren dazu geführt, dass Schweißgase in den meisten Werkstätten ein gängiges Gut sind.

Während wir uns mit den führenden Gasen und Gemischen befassen, die in der Schweißwelt verwendet werden, ist es faszinierend zu erfahren, wie weit wir in der kurzen Zeit seit ihrer ersten Implementierung fortgeschritten sind. Der Fortschritt ist enorm, und was für neue Gase oder neue Wege zur Verwendung dieser Gase auf uns zukommt, ist spannend.

In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Arten von Schweißgasen und ihre Verwendung untersuchen.

Welchen Zweck hat Gas beim Schweissen?

Beim Schweißen gibt es eine Reihe unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten für Gas. Dazu kann gehören:Halten Sie den Lichtbogen frei von Verunreinigungen (z. B. Staub, andere Gase, Schmutz usw.)

Wird auch zur Unterstützung der Lichtbogenstabilität und Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Metallübertragung bei vielen Schweißprozessen verwendet. Stellen Sie sicher, dass das Schweißbad unterhalb der Naht sauber bleibt (dies wird als Spülen bezeichnet), auch zum Abdecken und Heizen.

Wenn Sie Gas beim Schweißen nicht richtig verwenden, kann dies zu einer schwachen oder porösen Schweißnaht führen oder feststellen, dass beim Schweißen zu viele Spritzer entstehen. Spritzer werden die Schweißnaht nicht ruinieren, aber sie verringern die Produktivität, da es Aufwand erfordert, sie zu reinigen.

1. Inerte und reaktive Gase

Es gibt zwei Arten von Gasen, die zum Schweißen geeignet sind:

Edelgase. Ein Inertgas ist ein Gas, das sich unter bestimmten Bedingungen nicht verändert. Inertgase werden häufig beim Schweißen, Versiegeln oder Markieren verwendet, um unerwünschte chemische Reaktionen zu vermeiden, die ein Teil beschädigen können. Zu diesen unerwünschten Reaktionen gehören Oxidation und Hydrolyse, die Reaktionen mit Sauerstoff und der Feuchtigkeit in der Luft sind.

Gereinigter Stickstoff und Argon werden aufgrund ihres hohen natürlichen Vorkommens (78 % N2, 1 % Ar in der Luft) und relativ geringen Kosten am häufigsten als Inertgase verwendet.

Reaktive Gase. Auch als Inertgase bekannt – sind Gase, die unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. Oxidation, keine chemischen Reaktionen eingehen. Dazu gehören Argon, Kohlendioxid, Helium und Stickstoff.

Reduzierende Schutzgase in der Schweißtechnik sind immer Mischgase aus Argon oder Stickstoff mit Wasserstoff. Argon mit Wasserstoff wird beispielsweise beim WIG-Schweißen von Edelstahl verwendet. Als Spülgase werden Stickstoff und Wasserstoff verwendet. Achtung:Beträgt der Wasserstoffanteil mehr als 10 %, muss wegen Brand- und Explosionsgefahr abgefackelt werden.

2. Schutzgas

Wenn beim Schweißen Luft in den Lichtbogen gelangt, bilden sich Luftblasen im geschmolzenen Metall, wodurch eine schwache und sehr hässliche Schweißnaht entsteht. Sie können ohne Schutzgas nicht MIG- oder WIG-schweißen, es sei denn, der verwendete Zusatzwerkstoff ist flussmittelgefüllt oder flussmittelbeschichtet. Dies dient dem gleichen Zweck wie ein Schutzgas, das Verunreinigungen fernhält, aber auf andere Weise.

Die meisten Schutzgase sind inert, was sie ideal zum Schutz eines Schweißprozesses macht, da sie unter den extremen Schweißbedingungen stabil bleiben. Sie pflegen die Schweißnaht auch auf unterschiedliche Weise, je nach verwendetem Gas, einschließlich einer besseren Penetration, einer höheren Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand und einer glatteren Oberfläche auf der Raupe.

3. Spülgas

Spülgase werden verwendet, um die Unterseite des zu schweißenden Materials auf die gleiche Weise wie ein Schutzgas zu bedecken, nur dass dies getrennt vom natürlichen Prozess des Schweißens erfolgt.

Während Sie die Oberseite einer Verbindung schweißen, ist die Unterseite der Verbindung abgedichtet und wird von einem Gasstrom gespült. Es wird häufig bei Edelstahlartikeln verwendet und es kann die gleiche Art von Gas oder ein anderes Gas sein als das, das oben auf dem Gelenk verwendet wird.

4. Heizgas

Bestimmtes Schweißen, wie Gasschweißen und Hartlöten, erfordert Gas, um das Metall oder die Füllstäbe zu erhitzen, um das Schweißen zu erreichen. Dies ersetzt die Notwendigkeit eines Bogens.

Bei bestimmten Schweißarten muss das Metall vor dem Schweißen vorgewärmt werden, wofür dieses Gas verwendet wird. Das Gas ist einfach ein mit Luft oder Sauerstoff gemischter Brennstoff, der durch eine Flamme angezündet wird, um das Metall zu erwärmen oder zu schmelzen.

5. Deckengas

Blanketing ist ein Prozess, bei dem Tanks und geschlossene Räume nach ihrer Fertigstellung mit Gas gefüllt werden, um zu verhindern, dass Luft und andere Verunreinigungen das fertige Produkt beschädigen oder verschmutzen.

Manchmal wird es verwendet, um die abgeschlossenen Projekte vollständig zu füllen. In anderen Fällen wird das Gas dem mit Luft gefüllten Tank hinzugefügt, wodurch eine Mischung entsteht, die den Tank vor anderen Gasen oder Reaktionen rein hält.

Die unterschiedliche Gasart, die zum Schweißen verwendet wird

Die ersten beiden Schutzgase, Argon und Helium, sind inert, während die anderen vier – Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff – halbinert sind.

Stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Projektziele bewerten, um das richtige Gas für die jeweilige Schweißnaht auszuwählen. Dinge, die Sie bei der Auswahl beachten sollten, sind die Kosten, die erforderliche Vorbereitung, das zu schweißende Grundmaterial, die Eigenschaften der fertigen Schweißnaht und was während der Reinigung nach dem Schweißen getan werden muss.

Die vier am häufigsten verwendeten Schutzgase beim MIG-Schweißen sind Argon, Helium, Kohlendioxid und Sauerstoff. Jedes bietet einzigartige Vor- und Nachteile in einer bestimmten Anwendung.

Argon (Ar)

Argon ermöglicht einen engeren Einbrand, was für Stumpf- und Kehlnähte praktisch ist. Es verfügt auch über einen glatten und relativ flüssigen Lichtbogen. Wenn Sie Nichteisenmetalle wie Titan, Aluminium oder Magnesium schweißen, müssen Sie reines Argon verwenden.

Argon wird auch oft mit Wasserstoff, Helium oder Sauerstoff gemischt. Dies trägt dazu bei, die Lichtbogeneigenschaften zu intensivieren und die Metallübertragung zu unterstützen.

Wenn Schweißqualität und Ästhetik wichtig sind, sind Mischgase gut zu verwenden. Sie haben mehrere Optionen, die zwischen 75-95 % Argon und 5-25 % CO2 variieren. Sie erzeugen eine bessere Lichtbogenstabilität und reduzieren Spritzer im Vergleich zu 100 % CO2.

Beim Sprühtransferverfahren können auch Mischgase verwendet werden, die wiederum optisch ansprechendere Schweißnähte sowie eine erhöhte Produktivität bieten. Argon/CO2-Mischungen eignen sich gut zum Schweißen von niedriglegierten, einigen rostfreien Stählen und Kohlenstoffmetallen. Beachten Sie jedoch, dass ein höherer CO2-Gehalt vermehrt Spritzer verursachen kann.

Helium (He)

Helium wird im Allgemeinen auf Nichteisenmetallen verwendet, kann aber auch auf Edelstahl verwendet werden. Es funktioniert gut mit dicken Metallen aufgrund seiner breiten und tiefen Penetrationsfähigkeiten. Es wird normalerweise in Verhältnissen von 25-75 % Helium zu 75-25 % Argon verwendet.

Durch Anpassen dieser Verhältnisse können Sie die Penetration und das Wulstprofil verändern. Beim Einsatz auf Edelstählen wird Helium üblicherweise in einer Tri-Mix-Gaskombination mit CO2 und Argon verwendet. Helium wird auch verwendet, um Oxidation beim Schweißen von Metallen wie Edelstahl, Aluminium, Magnesium und Kupferlegierungen zu verhindern.

Helium erzeugt einen heißeren Lichtbogen, der für schnellere Verfahrgeschwindigkeiten und damit für eine höhere Produktivität sorgt. Allerdings ist Helium teurer und erfordert eine höhere Durchflussrate als Argon. Es ist wichtig, den Wert der Gaskosten gegen die Produktivitätsraten abzuwägen, wenn man die Verwendung von Helium in Erwägung zieht.

Kohlendioxid (CO2)

CO2 ist das mit Abstand am weitesten verbreitete und eines der wenigen Gase, das in seiner reinen Form ohne Zusatz von Inertgas wie Argon oder Helium verwendet werden kann. Aus diesem Grund ist CO2 die kostengünstigste Option und eine gute Wahl, wenn Projektkosten Priorität haben.

Reines CO2, auch bekannt als 100 % CO2, sorgt für einen tiefen Schweißeinbrand und ist daher praktisch, wenn dicke Materialien geschweißt werden müssen. Allerdings ist reines CO2 nur auf den Kurzschlussschweißprozess beschränkt und erzeugt einen weniger stabilen Lichtbogen sowie mehr Spritzer als in Kombination mit anderen Gasen (auch als „Mischgase“ bekannt).

Reines CO2 eignet sich gut für Projekte, bei denen die Ästhetik der Schweißnaht entweder nicht wichtig ist oder die Schweißnaht nicht sichtbar ist, z. B. an der Unterseite eines Autos. Auch die Reinigung nach dem Schweißen ist etwas aufwendiger.

Sauerstoff (O2)

Als reaktives Gas wird Sauerstoff normalerweise in kleinen Mengen verwendet, wenn es Schutzgasen zugesetzt wird, normalerweise zwischen 1 und 9 %. Dies verbessert die Fließfähigkeit des Schweißbades sowie die Lichtbogenstabilität und das Eindringen in Edelstahl, Weichkohlenstoff und niedriglegierte Metalle.

Es wird nicht empfohlen, Sauerstoff mit Aluminium, Kupfer, Magnesium oder anderen exotischen Metallen zu verwenden, da dies zu Oxidation führen kann.

Sauerstoff/Argon-Mischungen werden typischerweise für Edelstahl und reine Kohlenstoffmetalle verwendet. Es erzeugt einen stabilen Lichtbogen mit begrenzten Spritzern. Höhere Sauerstoffkonzentrationen können jedoch das Schweißen in Zwangslage erschweren, da sie die Fließfähigkeit der Pfütze erhöhen.

Stickstoff (N)

Stickstoff, ein weiteres kostengünstiges Schutzgas, erhöht den Schweißeinbrand und die Lichtbogenstabilität, wenn es mit anderen Gasen gemischt wird. Diese Mischungen können auch die chemischen Eigenschaften von stickstoffhaltigen Legierungen verbessern.

Stickstoff wird als Spülgas zum Schweißen von Edelstahlrohren verwendet. In geringen Mengen Argon zugesetzt, kann es auch als Schutzgas für Edelstahl verwendet werden.

Wasserstoff (H)

Wenn Wasserstoff zu Argon hinzugefügt wird, sorgt er für tieferes Eindringen und schnellere Schweißgeschwindigkeiten. Die Mischung aus Wasserstoff, Argon und Kohlendioxid kann die Durchschweißung verbessern. Bei falscher Verwendung kann Wasserstoff jedoch Porosität verursachen.

Wasserstoff dient als Schutzgas in Hochtemperaturanwendungen, wie z. B. Edelstahl. Es wird häufig mit Argon gemischt, um es auf austenitischem Edelstahl zu verwenden.

Die verschiedenen Arten von Mischgasen, die beim Schweißen verwendet werden

Argon &CO2

Das gebräuchlichste Mischgas zum Abschirmen beim Schweißen ist ein CO2-Argon-Gemisch. Es kann mit 95 % – 80 % Argon und 5 % – 20 % CO2 betrieben werden. In den meisten Anwendungen wird dadurch eine angenehm glatte Schweißnaht erzeugt und die Menge an Spritzern auf ein Minimum reduziert.

Je dicker der zu schweißende Stahl ist, desto mehr Kohlendioxid benötigen Sie in der Mischung, und je dünner er ist, desto mehr Argon benötigen Sie.

Schweißer verwenden diese Gasgemische in:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) auf Kohlenstoffstahl
• Lichtbogenschweißen mit Fülldraht (FCAW) auf Kohlenstoffstahl
• Lichtbogenschweißen mit Fülldraht (FCAW) auf Edelstahl

Argon, CO2 und Sauerstoff

Wenn Sie nach etwas mehr Fließfähigkeit im Schweißbad suchen, suchen Sie wahrscheinlich nach einer Mischung aus Argon, CO2-Gas und Sauerstoff. Sie erhalten ziemlich ähnliche Eigenschaften wie die Argon-Kohlendioxid-Mischung, wenn es um die fertige Schweißnaht geht.

Zusätzlich zu der verbesserten Fließfähigkeit kann es jedoch auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißprozesses verbessern und einen Schweißer viel produktiver machen. Wir verwenden es in den folgenden Prozessen:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) auf Kohlenstoffstahl
• In einigen Fällen Metallschutzgasschweißen (GMAW) an Edelstahl

Argon, Helium, CO2

Wenn Ihr gewähltes Schweißgas ein Gemisch aus Argon, Helium und Kohlendioxid ist, steht eine große Auswahl an verschiedenen Mischungen zur Verfügung. Je nachdem, wofür es verwendet wird, wird die Mischung entweder von Helium oder Argon dominiert.

Aufgrund der verwendeten Gase eignet sich diese Mischung zum Schweißen von Kohlenstoffstahl bis Edelstahl und kann sogar als Aluminiumschweißgas verwendet werden. (eine gute Mischung zum Schweißen von Edelstahl mit MIG-Geräten)

Argon/Helium/CO2 eignet sich am besten für die folgenden Prozesse:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) auf Edelstahl
• Lichtbogenschweißen mit Fülldraht (FCAW) auf Kohlenstoffstahl
• Lichtbogenschweißen mit Fülldraht (FCAW) auf Edelstahl

Helium &Argon

Wenn Sie nach einem Gas zum Schweißen von Aluminium suchen, werden Sie wahrscheinlich Helium und Argon gemischt verwenden. Neben Aluminium eignet es sich auch zum Schweißen von Legierungen.

Wieso den? Nun, weil die Mischung eine tiefere Penetration bietet und auch eine breite Oberfläche auf der Schweißnaht selbst liefert.

Wir verwenden diese Mischung am häufigsten in:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) auf Aluminium
• Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) auf Edelstahl oder Aluminium

Argon &Sauerstoff (o2)

Dieses Gasgemisch ist nicht für Edelstahl geeignet, und wenn Sie damit Stahl schweißen, handelt es sich normalerweise um dünnen Stahl. Sein Zweck ist es, bei der Materialverschmelzung des Stahls zu helfen.

Normalerweise finden Sie in diesem Argongasgemisch nicht sehr viel Sauerstoff, da es sonst zu heiß brennen würde und das Argongasschweißen für feinere Dinge und dünnere Materialien geeignet ist.

Verwenden Sie Argon/O2-Gemische für folgende Schweißverfahren und Metalle:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an rostfreien Stählen
• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) auf Kohlenstoffstahl

Argon &Wasserstoff

Beim WIG-Schweißen mit Gas ist eine Mischung aus Wasserstoff und Argon ideal, wenn Sie eine saubere Schweißnaht benötigen. Der Wasserstoff verhindert, dass Luftsauerstoff in die Schweißnaht gelangt und eine Oxidation verursacht.

Das Abfallprodukt dieser Reaktion ist Wasser, das unter der Schweißwärme schnell verdunstet. Es trägt dazu bei, einen schmalen und präzisen Lichtbogen beizubehalten und gleichzeitig die Wärmeübertragung zu erhöhen.

• Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) auf austenitischem Stahl

Stickstoff &Wasserstoff

Diese Mischung hat eine ziemlich spezielle Verwendung und ist ein Schutzgas für die Vorbereitung von austenitischen (d. h. reich an Chrom und Nickel mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) rostfreien Stählen.

Es ermöglicht einen höheren Einbrand und beschleunigt den Schweißprozess. Es hilft auch, die mechanischen Eigenschaften des Edelstahl-Endprodukts zu verbessern.

Gase beim Autogenschweißen

Die drei Gase unter Acetylen, Propan und Propylen werden beim Autogenschweißen verwendet und sind hochentzündlich.

1. Acetylen

Acetylen ist leicht entzündlich und in der Luft leicht entzündlich. Es ist sehr einfach herzustellen und ziemlich billig in der Anwendung.

Es wird mit Sauerstoff kombiniert und bei bestimmten Schweißarten als Brennstoffquelle verwendet. Es erzeugt eine sehr heiße Flamme, die die meisten Metalle schneiden oder schweißen kann.

2. Propan

Propan ist auch sehr leicht entzündlich und in der Luft leicht entzündlich. Es ist besser bekannt als LPG (Liquid Petroleum Gas) und wird in vielen Zusammenhängen als Kraftstoffquelle verwendet.

Es verbrennt die Haut, wenn es damit in Kontakt kommt. Überraschenderweise kann es jedoch nicht beim Gasschweißen verwendet werden, da es im Gegensatz zu Acetylen beim Verbrennen in Sauerstoff keine Reduktionszone erzeugt (die die Stahloberfläche beim Schweißen reinigen würde).

Es wird hauptsächlich zum Hartlöten nach dem Schweißen verwendet.

3. Propylen

Propylen ist eigentlich kein reines Gas, es ist eine Mischung mit Sauerstoff. Es brennt bei einer viel höheren Hitze als Propan und Sauerstoff und ist vollständig geeignet für nicht-strukturelles Schmelzschweißen, Löten, Erhitzen und mehr.

Es wird jedoch im Allgemeinen in kleinen Einwegkanistern geliefert, die nicht wirklich groß genug sind, um eine Erwärmung während des Schweißens großer Gegenstände zu ermöglichen.

4. Druckluft

Wie Sie vielleicht erwarten, ist Druckluft das billigste Gas, das beim Schweißen verwendet wird, weil es Luft ist. (Obwohl es oft ein wenig gereinigt wird). Wenn Sie komprimierte Luft mit einem anderen Brennstoff mischen, kann dies eine starke Flamme bei einer niedrigeren Temperatur als eine mit Sauerstoff betriebene Flamme erzeugen. Für Schweißer bedeutet dies, dass sie die Dicke der Kohlenstoffbeschichtung, die sie auf die Schweißnaht auftragen, besser kontrollieren können.

Sicherheit beim Gasschweißen

Lagerung und Handhabung

• Halten Sie Zylinder von physischer Beschädigung, Hitze und Manipulation fern.
• Verketten Sie die Ausrüstung sicher, um ein Herunterfallen zu verhindern.
• Von entflammbaren und brennbaren Materialien fernhalten.
• Bewahren Sie zusätzliche Gas- und Sauerstoffflaschen separat auf.
• Aufrecht lagern.
• Flaschenventile vor dem Bewegen schließen.
• Schutzkappen oder Atemregler sollten an Ort und Stelle bleiben.
• Zylinder an den unteren Kanten rollen, um sich zu bewegen – nicht ziehen.
• Lassen Sie beim Transport nur sehr wenig Bewegung zu.

Allgemeine Sicherheitstipps zum Gasschweißen

• Inspizieren Sie die Ausrüstung an allen Anschlüssen mit zugelassener Lecktestlösung auf Lecks.
• Inspizieren Sie die Schläuche auf Lecks und verschlissene Stellen.
• Schlechte Schläuche ersetzen.
• Schützen Sie Schläuche und Zylinder vor Funken, Flammen und heißem Metall.
• Verwenden Sie ein Feuerzeug mit Feuerstein, um die Flamme zu entzünden.
• Stellen Sie sich beim Öffnen der Flaschenventile seitlich (von den Atemreglern weg).
• Öffnen Sie Flaschenventile sehr langsam, um zu verhindern, dass plötzlich hohe Drücke die Atemregler explodieren.
• Öffnen Sie das Acetylenflaschenventil nur ¼-¾ Drehung; Lassen Sie den Schlüssel an Ort und Stelle, damit der Zylinder im Notfall schnell geschlossen werden kann.
• Zuerst Acetylen öffnen und anzünden, dann öffnen und Sauerstoff auf eine neutrale Flamme einstellen.
• Befolgen Sie die Empfehlungen des Herstellers zum Abschalten des Brenners. Wenn die Richtlinien nicht leicht verfügbar sind, besteht die allgemein akzeptierte Praxis darin, zuerst das Sauerstoffventil zu schließen.
• Wenn Sie fertig sind, schließen Sie die Flaschenventile, entlüften Sie die Leitungen, um den Druck von den Reglern zu nehmen, wickeln Sie die Schläuche ordentlich auf und tauschen Sie die Ausrüstung aus.
• Halten Sie am Schweißort einen leicht zugänglichen Feuerlöscher bereit.