Schweißgase: Warum sie wichtig sind und welche Arten Sie kennen müssen

Was sind Schweißgase?

Schweißgase werden auf verschiedene Weise eingesetzt. Dazu gehören: Abschirmung des Lichtbogens vor Verunreinigungen wie Luft, Staub und anderen Gasen; Sauberhaltung der Nähte auf der der Naht gegenüberliegenden Unterseite (oder Spülen); und Erhitzen von Metall. Schutzgase (Blanketing Gases) werden auch verwendet, um Metall nach dem Schweißprozess zu schützen.

Gase, die beim Schweißen und Schneiden verwendet werden, umfassen:

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

Während traditionelle Stabelektrodenschweißer wenig über Gase wussten, hat der Aufstieg von MIG- und WIG-Schweißmaschinen in den letzten 70–80 Jahren die Notwendigkeit von Schweißgas als gängiges Verbrauchsmaterial in den meisten Werkstätten gebracht.

In diesem Artikel erkunden wir die verschiedenen Arten von Schweißgasen und ihre Verwendungszwecke.

Was ist der Zweck von Gas beim Schweißen?

Es gibt eine Reihe verschiedener Verwendungszwecke für Gas beim Schweißen. Dazu gehören: den Lichtbogen frei von Verunreinigungen (wie Staub, anderen Gasen, Schmutz etc.) zu halten,

Auch verwendet zur Unterstützung der Lichtbogenstabilität und zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Metallübergangs bei vielen Schweißverfahren. Sicherstellen, dass das Schmelzbad unterhalb der Naht sauber bleibt (bekannt als Spülen), sowie für Blanketing und Erhitzen.

Wenn Sie Gas beim Schweißen nicht richtig einsetzen, können Sie eine schwache oder poröse Naht erhalten oder feststellen, dass beim Schweißen zu viele Spritzer entstehen. Spritzer ruinieren die Naht nicht, verringern aber die Produktivität, da sie Aufwand zur Beseitigung erfordern.

1. Inerte und reaktive Gase

Es gibt zwei Arten von Gasen, die für das Schweißen relevant sind:

Inerte Gase. Ein inertes Gas ist ein Gas, das unter bestimmten Bedingungen nicht reagiert. Inerte Gase werden oft beim Schweißen, Abdichten oder Markieren eingesetzt, um unerwünschte chemische Reaktionen zu vermeiden, die ein Bauteil verschlechtern könnten. Zu diesen unerwünschten Reaktionen gehören Oxidation und Hydrolyse – Reaktionen mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in der Luft.

Gereinigter Stickstoff und Argon werden aufgrund ihrer hohen natürlichen Häufigkeit (78 % N₂, 1 % Ar in der Luft) und relativ niedrigen Kosten am häufigsten als inerte Gase verwendet.

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

Reduzierende Schutzgase in der Schweißtechnik sind immer Mischgase, bestehend aus Argon oder Stickstoff mit Wasserstoff. Argon mit Wasserstoff wird beispielsweise beim WIG-Schweißen von Edelstahl verwendet. Stickstoff und Wasserstoff werden als Rücken-Schutzgase (Backing Gases) eingesetzt. Achtung: Wenn der Wasserstoffanteil 10 % übersteigt, muss er abgefackelt werden, da Brand- und Explosionsgefahr besteht.

2. Schutzgas

Wenn Luft in den Lichtbogen gelangt, während Sie schweißen, bilden sich Luftblasen im geschmolzenen Metall, was eine schwache und sehr unschöne Naht erzeugt. Sie können nicht MIG- oder WIG-schweißen, ohne ein Schutzgas zu verwenden, es sei denn, das verwendete Füllmaterial ist fluxkern- oder fluxbeschichtet. Dies dient demselben Zweck wie ein Schutzgas – Verunreinigungen fernzuhalten –, aber auf andere Weise.

Die meisten Schutzgase sind inert, was sie ideal für die Abschirmung eines Schweißprozesses macht, da sie unter den extremen Bedingungen des Schweißens stabil bleiben. Sie fördern die Naht auch auf unterschiedliche Weise, je nach verwendetem Gas, einschließlich tieferem Einbrand, höherer Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand und glatterer Nahtoberfläche.

3. Spülgas (Purging Gas)

Spülgase werden verwendet, um die Unterseite des zu schweißenden Materials ähnlich wie ein Schutzgas abzudecken, nur dass dies getrennt vom natürlichen Schweißprozess geschieht.

Während Sie die Oberseite einer Naht schweißen, wird die Unterseite der Naht abgedichtet und mit einem Gasstrom gespült. Dies wird häufig bei Edelstahlbauteilen angewendet und kann dasselbe Gas oder ein anderes Gas sein als das auf der Oberseite der Naht verwendete.

4. Heizgas

Bestimmte Schweißverfahren wie Gasschweißen und Löten erfordern Gas, um das Metall oder die Füllstäbe zu erhitzen, um das Schweißen zu ermöglichen. Dies ersetzt die Notwendigkeit eines Lichtbogens.

Bestimmte Schweißarten erfordern, dass das Metall vor dem Schweißen vorgeheizt wird, wofür dieses Gas verwendet wird. Das Gas ist einfach ein Brennstoff, gemischt mit Luft oder Sauerstoff, der durch eine Flamme entzündet wird, um das Metall zu erwärmen oder zu schmelzen.

5. Blanketing-Gas (Schutzgas für Lagerung)

Blanketing ist ein Prozess, bei dem Tanks und beengte Räume nach ihrer Fertigstellung mit Gas gefüllt werden, um Luft und andere Verunreinigungen daran zu hindern, das fertige Produkt zu beschädigen oder zu verfärben.

Manchmal wird das fertige Projekt vollständig damit gefüllt. Andere Male wird das Gas dem luftgefüllten Tank zugegeben, wodurch ein Gemisch entsteht, das den Tank rein gegen andere Gase oder Reaktionen hält.

Die verschiedenen Gasarten für das Schweißen

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

Bewerten Sie Ihre Projektziele, um das richtige Gas für die jeweilige Naht auszuwählen. Zu beachten sind: Kosten, was die Vorbereitung beinhaltet, der Grundwerkstoff, die gewünschten Naht Eigenschaften und was bei der Nachbearbeitung zu tun ist.

Die vier gängigsten Schutzgase beim MIG-Schweißen sind Argon, Helium, Kohlendioxid und Sauerstoff. Jedes bietet einzigartige Vor- und Nachteile in jeder Anwendung.

Argon (Ar)

Argon ermöglicht schmaleren Einbrand, was für Stoß- und Kehlnähte praktisch ist. Es bietet auch einen weichen, relativ flüssigen Lichtbogen. Wenn Sie NE-Metalle wie Titan, Aluminium oder Magnesium schweißen, benötigen Sie reines Argon.

Argon wird oft mit Wasserstoff, Helium oder Sauerstoff gemischt. Dies intensiviert die Lichtbogeneigenschaften und unterstützt den Metallübergang.

Wenn Nahtqualität und Optik wichtig sind, sind Mischgase gut geeignet. Sie haben Optionen von 75–95 % Argon zu 5–25 % CO₂. Sie erzeugen bessere Lichtbogenstabilität und reduzieren Spritzer im Vergleich zu 100 % CO₂.

Mischgase können auch im Sprühlichtbogenprozess eingesetzt werden, der wiederum optisch ansprechendere Nähte und höhere Produktivität liefert. Argon/CO₂-Mischungen eignen sich für niedriglegierte Stähle, einige Edelstähle und Kohlenstoffstähle. Beachten Sie jedoch, dass höhere CO₂-Anteile vermehrte Spritzer verursachen können.

Helium (He)

Generell wird Helium an NE-Metallen eingesetzt, kann aber auch bei Edelstahl verwendet werden. Aufgrund seiner breiten und tiefen Einbrandeigenschaften eignet es sich gut für dicke Metalle und wird meist in Verhältnissen von 25–75 % Helium zu 75–25 % Argon verwendet.

Durch Anpassung dieser Verhältnisse können Sie Einbrand, Nahtprofil und Vorschubgeschwindigkeit verändern. Bei Edelstählen wird Helium meist in einer Trimix-Kombination mit CO₂ und Argon verwendet. Helium verhindert auch Oxidation beim Schweißen von Metallen wie Edelstahl, Aluminium, Magnesium und Kupferlegierungen.

Helium erzeugt einen heißeren Lichtbogen, was schnellere Vorschubgeschwindigkeiten und damit höhere Produktivität ermöglicht. Allerdings ist Helium teurer und erfordert eine höhere Durchflussrate als Argon. Der Wert der Produktivitätssteigerung gegen die erhöhten Gaskosten abzuwägen, ist wichtig, wenn Helium in Betracht gezogen wird.

Kohlendioxid (CO₂)

CO₂ ist bei weitem das am häufigsten verwendete und eines der wenigen Gase, das in reiner Form ohne Zugabe von Inertgas wie Argon oder Helium eingesetzt werden kann. Daher ist CO₂ die kostengünstigste Option und eine gute Wahl, wenn Projektkosten Priorität haben.

Reines CO₂ (100 % CO₂) bietet tiefe Nahtdurchdringung, was beim Schweißen dicker Materialien nützlich ist. Allerdings ist reines CO₂ auf den Kurzschlusslichtbogenprozess beschränkt und erzeugt einen weniger stabilen Lichtbogen sowie mehr Spritzer als bei Mischung mit anderen Gasen (Mischgase).

Reines CO₂ eignet sich für Projekte, bei denen die Nahtoptik entweder nicht wichtig ist oder die Naht nicht sichtbar ist, z. B. an der Unterseite eines Autos. Die Nachbearbeitung ist etwas aufwendiger.

Sauerstoff (O₂)

Ein reaktives Gas, Sauerstoff wird typischerweise in kleinen Mengen zu Schutzgasen hinzugefügt, meist zwischen 1–9 %. Dies verbessert die Fließfähigkeit des Schmelzbades sowie Lichtbogenstabilität und Einbrand bei Edelstahl, Baustahl und niedriglegierten Stählen.

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

Sauerstoff/Argon-Mischungen werden typischerweise an Edelstahl und unlegierten Stählen eingesetzt. Sie erzeugen einen stabilen Lichtbogen mit begrenzten Spritzern. Höhere Sauerstoffanteile können jedoch das Schweißen in Zwangslagen erschweren, da die Schmelzbadflüssigkeit zunimmt.

Stickstoff (N)

Ein weiteres kostengünstiges Schutzgas, Stickstoff erhöht Nahtdurchdringung und Lichtbogenstabilität, wenn er mit anderen Gasen gemischt wird. Diese Mischungen können auch die chemischen Eigenschaften von stickstoffhaltigen Legierungen verbessern.

Stickstoff wird als Spülgas für das Schweißen von Edelstahlrohren verwendet. In kleinen Mengen zu Argon hinzugefügt, kann er auch als Schutzgas für Edelstahl dienen.

Wasserstoff (H)

Zugesetzt zu Argon, liefert Wasserstoff tieferen Einbrand und schnellere Schweißgeschwindigkeiten. Die Mischung aus Wasserstoff, Argon und Kohlendioxid kann die Nahtdurchdringung verbessern. Bei unsachgemäßer Anwendung kann Wasserstoff jedoch Porosität verursachen.

Wasserstoff dient als Schutzgas in Hochtemperaturanwendungen, wie Edelstahl. Er wird oft mit Argon für austenitischen Edelstahl gemischt.

Die verschiedenen Mischgase im Schweißen

Argon & CO₂

Das gängigste Mischgas für Schutzgasschweißen ist ein CO₂-Argon-Gemisch. Es reicht von 95–80 % Argon und 5–20 % CO₂. In den meisten Anwendungen ergibt dies eine angenehm glatte Naht und hält die Spritzmenge minimal.

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

Schweißer verwenden diese Gasmischungen für:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Baustahl
• Fülldrahtschweißen (FCAW) an Baustahl
• Fülldrahtschweißen (FCAW) an Edelstahl

Argon, CO₂ & Sauerstoff

Wenn Sie etwas mehr Fließfähigkeit im Schmelzbad suchen, suchen Sie wahrscheinlich nach einer Argon-, CO₂- & Sauerstoff-Mischung. Sie erhalten ziemlich ähnliche Eigenschaften wie die Argon-CO₂-Mischung beim fertigen Schweiß.

Zusätzlich zur verbesserten Fließfähigkeit kann dies auch die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißprozesses verbessern und den Schweißer produktiver machen. Verwendet in:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Baustahl
• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Edelstahl in einigen Fällen

Argon, Helium, CO₂

Es gibt eine breite Palette verschiedener Mischungen, wenn Ihr gewähltes Schweißgas ein Argon-, Helium-, Kohlendioxid-Gemisch ist. Je nach Verwendungszweck wird die Mischung entweder von Helium oder Argon dominiert.

Die verwendeten Gase machen diese Mischung geeignet für das Schweißen von Baustahl bis Edelstahl und sie kann sogar als Aluminium-Schweißgas verwendet werden (eine gute Mischung für MIG-Schweißen von Edelstahl).

Argon/Helium/CO₂ eignet sich am besten für:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Edelstahl
• Fülldrahtschweißen (FCAW) an Baustahl
• Fülldrahtschweißen (FCAW) an Edelstahl

Helium & Argon

Wenn Sie Gas für das Aluminiumschweißen suchen, werden Sie wahrscheinlich zu Helium & Argon gemischt greifen. Neben Aluminium eignet es sich auch für das Schweißen von Legierungen.

Warum? Weil die Mischung eine tiefere Durchdringung und auch ein breites Nahtbild liefert.

Am häufigsten verwendet in:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Aluminium
• Wolfram-Schutzgasschweißen (GTAW) an Edelstahl oder Aluminium

Argon & Sauerstoff (O₂)

Diese Gasmischung eignet sich nicht für Edelstahl und wenn Sie Stahl damit schweißen – normalerweise dünnwandiger Stahl. Ihr Zweck ist die Unterstützung der Materialverschmelzung des Stahls.

Normalerweise finden Sie nicht viel Sauerstoff in diesem Argon-Gemisch, da es sonst zu heiß brennen würde und Argonschweißen für feinere und dünnere Materialien gedacht ist.

Argon/O₂-Mischungen für folgende Schweißverfahren und Metalle verwenden:

• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Edelstählen
• Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) an Baustahl

Argon & Wasserstoff

Wenn Sie WIG-Schweißen mit Gas durchführen, ist eine Mischung aus Wasserstoff und Argon ideal, wenn Sie eine saubere Naht benötigen. Der Wasserstoff verhindert, dass Sauerstoff aus der Luft in die Naht gelangt und Oxidation verursacht.

Das Abfallprodukt dieser Reaktion ist Wasser, das unter der Schweißhitze schnell verdunstet. Es hilft, einen schmalen, präzisen Lichtbogen aufrechtzuerhalten und die Wärmeübertragung zu erhöhen.

• Wolfram-Schutzgasschweißen (GTAW) an austenitischem Stahl

Stickstoff & Wasserstoff

Diese Mischung hat einen eher spezialisierten Einsatz und ist ein Schutzgas für die Vorbereitung von austenitischem (hochchrom, hochnickel, niedrigkohlenstoff) Edelstahl.

Sie ermöglicht tiefere Durchdringung und beschleunigt den Schweißprozess. Sie verbessert auch die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts aus Edelstahl.

Gase im Autogenschweißen (Oxy-Fuel)

Die drei unten genannten Gase Acetylen, Propan und Propylen werden im Autogenschweißen verwendet und sind extrem entzündlich.

1. Acetylen

Acetylen ist sehr entzündlich und in Luft hochentzündlich. Es ist einfach herzustellen und relativ kostengünstig in der Anwendung.

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

2. Propan

Propan ist ebenfalls sehr entzündlich und in Luft hochentzündlich. Es ist besser bekannt als LPG (Flüssiggas) und wird in vielen Kontexten als Brennstoffquelle verwendet.

Es verbrennt die Haut bei Kontakt. Überraschenderweise kann es jedoch nicht zum Gasschweißen verwendet werden, da es – im Gegensatz zu Acetylen – beim Verbrennen in Sauerstoff keine reduzierende Zone erzeugt (die die Stahloberfläche beim Schweißen reinigen würde).

Es wird hauptsächlich zum Löten nach dem Schweißen verwendet.

3. Propylen

Propylen ist eigentlich kein reines Gas, sondern ein Gemisch mit Sauerstoff. Es brennt bei viel höherer Hitze als Propan und Sauerstoff und ist vollständig für nicht-strukturelles Fusionsschweißen, Löten, Erhitzen und mehr geeignet.

Es wird jedoch generell in kleinen, Einwegkartuschen geliefert, die nicht groß genug sind, um das Erhitzen beim Schweißen großer Gegenstände zu ermöglichen.

4. Druckluft

Wie zu erwarten, ist Druckluft das günstigste der beim Schweißen verwendeten Gase, weil es Luft ist (wenn auch oft etwas gereinigt). Wenn man Druckluft mit einem anderen Brennstoff mischt, kann man eine starke Flamme bei niedrigerer Temperatur als einer Oxy-Fuel-Flamme erzeugen. Für Schweißer bedeutet dies, dass sie eine größere Kontrolle über die Dicke der Kohlenstoffbeschichtung erhalten, die sie auf die Naht auftragen.

Gasschweiß-Sicherheit

Lagerung und Handhabung

• Flaschen vor physischer Beschädigung, Hitze und Manipulation schützen.
• Ausrüstung sicher ketten, um Herabfallen zu verhindern.
• Getrennt von brennbaren und entzündlichen Materialien lagern.
• Zusätzliche Gas- und Sauerstoffflaschen getrennt lagern.
• Aufrecht lagern.
• Flaschenventile vor dem Transport schließen.
• Schutzkappen oder Druckminderer an Ort und Stelle belassen.
• Flaschen an den unteren Kanten rollen – nicht schleifen.
• Beim Transport so wenig Bewegung wie möglich zulassen.

Allgemeine Gasschweiß-Sicherheitstipps

• Ausrüstung an allen Verbindungen auf Lecks prüfen mit zugelassener Lecksuchlösung.
• Schläuche auf Lecks und abgenutzte Stellen prüfen.
• Defekte Schläuche austauschen.
• Schläuche und Flaschen vor Funken, Flammen und heißem Metall schützen.
• Feuerzeug (Piezozünder) zum Entzünden der Flamme verwenden.
• Seitlich stehen (weg von den Druckmindern) beim Öffnen der Flaschenventile.
• Flaschenventile sehr langsam öffnen, um plötzliche Hochdruckstöße zu vermeiden, die die Druckminderer zerstören könnten.
• Acetylenflaschenventil nur ¼–¾ Umdrehung öffnen; Schraubenschlüssel an Ort und Stelle lassen, um im Notfall schnell schließen zu können.
• Zuerst Acetylen öffnen und anzünden, dann Sauerstoff öffnen und auf neutrale Flamme einstellen.
• Herstellerempfehlungen zum Abschalten des Brenners befolgen. Falls nicht verfügbar: Üblicherweise zuerst Sauerstoffventil schließen.
• Nach Abschluss: Flaschenventile schließen, Leitungen entlüften um Druck von den Druckmindern zu nehmen, Schläuche ordentlich aufrollen, Ausrüstung verstauen.
• Feuerlöscher an der Schweißstelle griffbereit halten.