Schweißverfahren im Überblick

Beim Schweißen werden zwei Bauteile so miteinander verbunden, dass sie an der Fügestelle zu einem einzigen Stück verschmelzen. Man spricht von einer stoffschlüssigen Verbindung: Die Teile halten nicht durch eine Schraube oder eine Niete zusammen, sondern weil ihr Werkstoff an der Naht ineinander übergeht. Diesen Zusammenhalt über den Werkstoff selbst nennt man Stoffschluss. Eine Schweißverbindung ist deshalb unlösbar – man bekommt sie nur durch Trennen (Sägen, Schleifen) wieder auf, nicht durch Aufschrauben.

Der entscheidende Punkt: Beim Schweißen schmilzt der Grundwerkstoff selbst auf, also das Material der zu verbindenden Teile. Oft kommt noch ein Zusatzwerkstoff dazu, der dieselbe oder eine sehr ähnliche Zusammensetzung hat. Die Naht ist dadurch weitgehend „artgleich“ – sie besteht im Kern aus demselben Material wie die Bauteile und kann ähnliche Festigkeit erreichen.

Daran lassen sich die Nachbarverfahren gut abgrenzen:

• Beim Löten schmilzt der Grundwerkstoff nicht. Es fließt nur ein niedriger schmelzendes Lot in den Spalt und verbindet die Teile. Weichlöten, Hartlöten und das Löten in der Elektronik sind eigene Themen mit eigenen Beiträge.
• Beim Kleben verbindet ein Klebstoff die Oberflächen, ganz ohne Schmelzen des Metalls.
• Beim Nieten und beim Durchsetzfügen entsteht eine rein mechanische, formschlüssige Verbindung ohne Wärme.

Schweißen, Löten und Kleben sind also alle stoffschlüssig, aber nur beim Schweißen schmilzt das Bauteil selbst. Eine geordnete Übersicht über lösbare und unlösbare Verbindungen liefert der eigene Beitrag zu den Verbindungsarten.

So viele Verfahren es auch gibt – sortieren lassen sie sich nach einer einfachen Frage: Wie entsteht die Verbindung? Daraus ergeben sich zwei große Familien.

Beim Schmelzschweißen wird die Fügestelle örtlich aufgeschmolzen. Die beiden Bauteile bilden zusammen mit dem zugeführten Zusatzwerkstoff ein gemeinsames flüssiges Schweißbad, das danach erstarrt. Es wirkt keine nennenswerte Kraft – die Verbindung entsteht allein durch das Aufschmelzen und Erstarren. Hierzu gehören die bekannten Lichtbogenverfahren ebenso wie das Gasschmelzschweißen.

Beim Pressschweißen wird die Fügestelle erwärmt – oft, aber nicht immer bis nahe an die Schmelztemperatur – und gleichzeitig mit Kraft zusammengepresst. Durch Wärme und Druck verbinden sich die Werkstoffe. Das klassische Beispiel ist das Widerstandspunktschweißen, mit dem in der Fahrzeugfertigung Bleche punktweise verbunden werden.

Innerhalb dieser Familien teilt man weiter nach dem Energieträger ein – also danach, woher die Wärme kommt:

Die mit Abstand größte Gruppe in der täglichen Werkstattpraxis sind die Lichtbogenverfahren. Hier brennt zwischen einer Elektrode und dem Werkstück ein elektrischer Lichtbogen, dessen Hitze das Metall aufschmilzt. Die konkreten Verfahren E-Hand, MAG und WIG unterscheiden sich vor allem darin, wie der Lichtbogen und das Schweißbad gegen die Luft geschützt werden und ob die Elektrode abschmilzt – das ist Thema des eigenen Beitrags zum Schmelzschweißen.

Das folgende Schema zeigt die Einteilung kompakt:

Egal welches Verfahren – ein paar Begriffe tauchen immer wieder auf. Wer sie kennt, liest jede Schweißanweisung leichter.

Dort, wo das Material flüssig ist, spricht man vom Schweißbad – die kleine Pfütze aus geschmolzenem Metall, die unter dem Lichtbogen mitwandert und hinter ihm zur Schweißnaht erstarrt. Direkt neben der Naht liegt ein Bereich, der zwar nicht geschmolzen, aber stark erhitzt wurde: die Wärmeeinflusszone (WEZ) – der Werkstoff hat hier durch die Hitze sein Gefüge verändert und damit oft auch seine Festigkeit und Zähigkeit. Die WEZ ist häufig die kritische Stelle einer Schweißverbindung.

Flüssiges Metall reagiert begierig mit dem Sauerstoff der Luft. Deshalb muss das Schweißbad geschützt werden. Bei den Schutzgasverfahren übernimmt das ein Schutzgas, das die Luft vom Bad fernhält und so Oxidation und Poren verhindert. Andere Verfahren erzeugen diesen Schutz über eine abbrennende Umhüllung oder ein Pulver. Welche Lösung wann zum Einsatz kommt, ist Teil der Einzelverfahren.

Jede Schweißung bringt Wärme ins Bauteil – und das hat Folgen. Das Metall dehnt sich beim Erwärmen aus und zieht sich beim Abkühlen wieder zusammen. Weil das ungleichmäßig geschieht, entstehen Verzug (das Bauteil verzieht sich) und Eigenspannungen (im Inneren bleiben Spannungen zurück, auch ohne äußere Last). Je mehr Wärme pro Nahtlänge eingebracht wird, desto größer fällt dieser Effekt grundsätzlich aus. In der Praxis steuert man dagegen mit Schweißfolge, Vorwärmen und konstruktiven Maßnahmen.

Das Dreieck der Schweißbarkeit

Ein verbreiteter Irrtum ist, Schweißbarkeit sei eine reine Werkstoffeigenschaft – als gäbe es „schweißbares“ und „nicht schweißbares“ Material und damit hätte sich die Sache. So einfach ist es nicht. Ob eine Verbindung am Ende gut gelingt, hängt von drei Seiten ab, die zusammen das Dreieck der Schweißbarkeit bilden:

• Schweißeignung – die Seite des Werkstoffs: Wie gut lässt sich dieses konkrete Material schweißen? Hier spielen Zusammensetzung, Reinheit und Empfindlichkeit gegen Aufhärtung eine Rolle.
• Schweißsicherheit – die Seite der Konstruktion: Ist das Bauteil so gestaltet, dass die Naht ihre Aufgabe erfüllt? Nahtform, Zugänglichkeit, Kraftfluss und Wanddicke gehören dazu.
• Schweißmöglichkeit – die Seite der Fertigung: Lässt sich die Naht mit den vorhandenen Mitteln tatsächlich sauber herstellen? Verfahren, Schweißposition, Vorwärmung und die Qualifikation der ausführenden Person zählen hierher.

Erst wenn alle drei Seiten passen, ist ein Bauteil „schweißbar“. Ein an sich gut schweißbarer Stahl nützt wenig, wenn die Konstruktion die Naht an eine unzugängliche Stelle legt oder die Fertigung das nötige Vorwärmen nicht leistet. Dieses Denken in drei Seiten zieht sich durch jede ernsthafte Schweißplanung.

Zur Sicherheit am Rande: Beim Lichtbogenschweißen entsteht intensive Strahlung (Blendung, UV) und Schweißrauch. Augen- und Atemschutz sind deshalb Pflicht – die Details gehören zu den jeweiligen Verfahren.

In der Werkstatt steht selten die Frage „Kann man das schweißen?“, sondern „Womit am besten?“. Die Antwort ergibt sich aus einer Handvoll Kriterien, die man gegeneinander abwägt:

• Werkstoff: Baustahl, Edelstahl und Aluminium stellen unterschiedliche Anforderungen. Aluminium etwa verlangt nach Verfahren, die seine zähe Oxidschicht beherrschen. Beim WIG-Schweißen von Aluminium arbeitet man dafür mit Wechselstrom: Die positive Halbwelle bricht die Oxidschicht auf, die negative bringt die Wärme ins Werkstück.
• Blechdicke: Dünne Bleche brauchen ein feinfühliges, wärmearmes Verfahren, dicke Querschnitte ein leistungsfähiges mit hoher Abschmelzleistung.
• Stückzahl: Ein Einzelstück fertigt man von Hand, eine Großserie automatisiert.
• Schweißposition und Zugänglichkeit: Über Kopf oder an beengter Stelle scheiden manche Verfahren praktisch aus.
• Qualität und Optik: Eine sichtbare Edelstahlnaht stellt andere Ansprüche als eine verdeckte Konstruktionsnaht.
• Baustelle oder Werkstatt: Auf der Baustelle stören Wind und fehlende Infrastruktur – Schutzgasverfahren sind dort heikler als ein windunempfindliches Verfahren.
• Kosten: Geräte, Zusatzwerkstoffe, Gase und Arbeitszeit fließen alle ein.

Eine grobe, qualitative Orientierung:

Die Tabelle ersetzt keine fachliche Einzelentscheidung, gibt aber das Muster vor: Erst die Anforderung klären, dann die passende Verfahrensgruppe wählen. Welches konkrete Lichtbogenverfahren es am Ende wird, vertieft der Beitrag zum Schmelzschweißen.

Schweißen ist ein „spezieller Prozess“

Bei den meisten Fertigungsschritten kann man am fertigen Teil nachmessen, ob alles passt. Bei einer Schweißnaht geht das nur eingeschränkt: Ob die Naht im Inneren fehlerfrei ist, sieht man ihr von außen nicht an. Deshalb gilt Schweißen normativ als spezieller Prozess, der überwacht werden muss – man steuert die Qualität über den Prozess selbst, nicht erst über die Endkontrolle.

Daraus folgen zwei Dinge, die in der österreichischen Praxis allgegenwärtig sind:

• Für die fachliche Überwachung gibt es eine eigene Schweißaufsicht mit definierten Aufgaben und Verantwortlichkeiten. Die zugehörige Norm EN ISO 14731 regelt diese Rollen; typische Qualifikationen sind die Schweißfachkraft (IWS) und der Schweißfachingenieur (IWE).
• Für die Bewertung von Nahtfehlern bei Stahl gibt es gestufte Bewertungsgruppen nach EN ISO 5817 (üblicherweise mit B, C und D bezeichnet, von streng nach weniger streng). Sie legen fest, welche Unregelmäßigkeiten in welchem Umfang zulässig sind.

Welche Bewertungsgruppe gilt, hängt vom Anwendungsbereich ab – im Stahlbau etwa über das übergeordnete Regelwerk ÖNORM EN 1090. Die konkreten Grenzwerte sind hier bewusst nicht aufgeführt; entscheidend für den Überblick ist das Prinzip: Schweißen wird geplant, überwacht und nach festgelegten Kriterien bewertet.