Schmelzschweißen: E-Hand, MAG, WIG

Jedes der drei Verfahren beginnt mit demselben physikalischen Vorgang. Zwischen einer Elektrode und dem Werkstück fließt ein Strom, der einen Lichtbogen zündet – eine anhaltende elektrische Entladung durch die ionisierte Luft bzw. das Schutzgas im Spalt. Im Kern dieses Lichtbogens herrschen Temperaturen um die 5.000 bis 6.000 °C, weit über dem Schmelzpunkt von Stahl (rund 1.500 °C). Das Material wird dort örtlich flüssig, es entsteht das Schweißbad.

Damit eine tragfähige Verbindung wächst, kommen drei Dinge zusammen: der Grundwerkstoff (die zu verbindenden Teile), der Zusatzwerkstoff (das Material, das die Naht auffüllt) und ein Schutz gegen die Umgebungsluft.

Warum die Schmelze geschützt werden muss

Flüssiger Stahl reagiert gierig mit der Luft. Der Sauerstoff verbrennt Legierungsbestandteile und bildet Oxide, der Stickstoff löst sich in der Schmelze und macht die Naht spröde. Beim Erstarren bleiben außerdem Gasblasen zurück – Poren, die die Naht schwächen. Eine ungeschützte Schweißnaht sieht oft brauchbar aus, hält aber deutlich weniger aus, als sie sollte.

Genau hier unterscheiden sich die drei Verfahren: Sie lösen das Schutzproblem auf drei verschiedene Arten – über eine abbrennende Umhüllung, über ein zugeführtes aktives Gas oder über ein zugeführtes inertes (reaktionsträges) Gas.

Beim Gleichstrom-Lichtbogen verteilt sich die Wärme nicht gleichmäßig auf die beiden Pole. Als Richtwert – sauber gilt er vor allem beim WIG-Verfahren unter Schutzgas – entstehen rund 70 % der Wärme am Pluspol (Anode), etwa 30 % am Minuspol (Kathode). Wo man die größere Hitze braucht, entscheidet also über die Polung.

Beim E-Hand-Schweißen ist dieses Bild nicht so eindeutig: Hier verschiebt die chemische Zusammensetzung der Umhüllung das Verhältnis, weil die verdampfenden Bestandteile den Lichtbogen anders ionisieren. Manche Elektroden müssen deshalb zwingend an einer bestimmten Polung betrieben werden, sonst überhitzen sie oder brennen schlecht ab. Die Faustregel „mehr Wärme am Plus“ ist also ein guter Einstieg, aber kein starres Naturgesetz für jedes Verfahren.

Eine Sonderrolle spielt Aluminium. Es überzieht sich mit einer dünnen, extrem hochschmelzenden Oxidhaut (Schmelzpunkt der Oxidhaut weit über dem des Aluminiums darunter). Diese Haut muss aufgebrochen werden, sonst schwimmt sie als zäher Film im Bad. Das gelingt mit Wechselstrom (AC): In der einen Halbwelle wird die Oxidhaut aufgebrochen, in der anderen fließt die Wärme ins Werkstück. Deshalb wird Aluminium praktisch immer mit Wechselstrom geschweißt.

Die Prozessnummern nach EN ISO 4063

In Österreich werden die Verfahren nicht mit Namen, sondern mit genormten Prozess-Ordnungsnummern bezeichnet. Auf Schweißanweisungen und technischen Zeichnungen steht nicht „MAG“, sondern „135″. Diese drei Nummern begleiten uns durch den ganzen Beitrag:

• 111 – Lichtbogenhandschweißen (E-Hand)
• 135 – Metall-Aktivgasschweißen (MAG)
• 141 – Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

Das E-Hand-Schweißen – in der Norm die 111 – ist das älteste und robusteste der drei Verfahren. Der Zusatzwerkstoff und die Schutzfunktion stecken in einem einzigen Bauteil: der Stabelektrode. Das ist ein Metalldraht mit einer aufgepressten Umhüllung.

Wie der Schutz hier funktioniert

Beim Schweißen brennt der Kerndraht ab und liefert den Zusatzwerkstoff. Gleichzeitig verbrennt und verdampft die Umhüllung. Dabei passiert zweierlei: Ein Teil der Umhüllung bildet ein Schutzgas, das den Lichtbogen und das Bad gegen die Luft abschirmt. Der Rest schwimmt als flüssige Schlacke auf dem Bad, schützt es beim Erstarren und formt die Naht. Nach dem Abkühlen wird die erstarrte Schlacke abgeklopft.

Weil das Verfahren sein Schutzgas selbst erzeugt, braucht es keine Gasflasche und ist windunempfindlich – ein entscheidender Vorteil im Freien.

Elektrodentypen

Die Umhüllung bestimmt das Verhalten. Drei Typen sind gängig:

• rutil – leicht zu zünden, schöne Nahtoptik, gut für allgemeine Stahlarbeiten
• basisch – zähe, rissfeste Nähte, bevorzugt bei hohen Anforderungen und dickeren Bauteilen
• zellulose – starker Einbrand, beliebt bei Fallnaht-Schweißungen an Rohren

Die Polung in der Praxis

Hier zahlt sich das Grundprinzip aus Kapitel 1 aus. Welche Polung man wählt, hängt von der Umhüllung ab und steht auf der Elektrodenpackung. Basische Elektroden werden meist am Pluspol verschweißt: Die hohe Wärme an der Anode brennt sauber ein und treibt die Umhüllung richtig ab. Rutile Typen sind toleranter und lassen sich je nach Hersteller an beiden Polen verarbeiten. Genau weil die Umhüllung die Wärmeverteilung verschiebt, ist die Polung kein Zufall, sondern steuert das Einbrandverhalten gezielt.

Beim MAG-Schweißen – der 135 – läuft der Zusatzwerkstoff automatisch nach. Eine Drahtelektrode wird von einem motorischen Vorschub kontinuierlich durch den Brenner geschoben und schmilzt im Lichtbogen ab. Der Schweißer muss also nicht ständig nachsetzen wie bei der Stabelektrode, sondern führt den Brenner gleichmäßig an der Fuge entlang.

Wie der Schutz hier funktioniert

Aus einer Düse am Brenner strömt ein aktives Schutzgas über das Bad. „Aktiv“ heißt: Das Gas nimmt am Vorgang teil. Verwendet werden Kohlendioxid (CO₂) oder ein Mischgas aus Argon und CO₂. Das Gas verdrängt die Luft und stabilisiert den Lichtbogen.

MAG und MIG – der feine Unterschied

Hier lohnt eine saubere Abgrenzung, weil beide Verfahren technisch fast gleich aussehen. Das aktive Gas macht das Verfahren zu MAG (135) und eignet sich für un- und niedriglegierte Stähle. Wird stattdessen ein inertes (reaktionsträges) Gas wie reines Argon verwendet, spricht man von MIG – das setzt man für Aluminium und hochlegierte Werkstoffe ein, die kein reaktives Gas vertragen. Die Brennertechnik ist dieselbe, nur das Gas entscheidet.

Stärken und Grenzen

MAG hat die höchste Abschmelzleistung der drei Verfahren – es bringt in kurzer Zeit viel Material ein. Deshalb ist es das Arbeitspferd in der Serien- und Stahlbaufertigung. Die Grenzen: Der Drahtvorschub und der Gasstrom machen die Ausrüstung empfindlicher, und im Freien muss der Wind das Schutzgas in Ruhe lassen.

Wärmeeinbringung: die Streckenenergie

Wie viel Wärme in das Bauteil gelangt, lässt sich rechnerisch fassen. Die Streckenenergie beschreibt, welche Energiemenge je Millimeter Nahtlänge eingebracht wird – eine zentrale Größe, weil zu viel Wärme das Gefüge verändert und das Bauteil verziehen lässt, zu wenig dagegen Bindefehler begünstigt.

Je langsamer geschweißt wird, desto mehr Energie landet pro Millimeter im Werkstück. Wer die Geschwindigkeit erhöht, senkt die Streckenenergie – das nutzt man, um den Wärmeeintrag in empfindliche Werkstoffe gezielt zu begrenzen.

Das WIG-Schweißen – die 141 – kehrt das Prinzip um: Die Elektrode brennt hier nicht ab. Sie besteht aus Wolfram, einem Metall mit extrem hohem Schmelzpunkt, und dient nur dazu, den Lichtbogen zu halten. Der Zusatzwerkstoff wird – wenn überhaupt nötig – als separater Stab von Hand zugeführt, ähnlich wie beim Löten mit dem Lötdraht.

Wie der Schutz hier funktioniert

Aus der Brennerdüse strömt ein inertes Schutzgas, meist reines Argon. Inert bedeutet reaktionsträge: Das Gas nimmt nicht am Schweißvorgang teil, sondern hüllt Elektrode und Bad nur sauber ein. Das ergibt eine besonders ruhige, saubere Schmelze – und damit die höchste Nahtqualität der drei Verfahren.

Stromart nach Werkstoff

Hier greift das Polungs-Prinzip aus Kapitel 1 direkt: Stahl und Edelstahl werden mit Gleichstrom (DC) geschweißt, die Wolframelektrode am Minuspol, damit sie nicht überhitzen. Aluminium dagegen braucht Wechselstrom (AC), um die hochschmelzende Oxidhaut aufzubrechen – genau der Fall, den wir am Anfang besprochen haben.

Stärken und Grenzen

WIG liefert die feinsten, sichersten Nähte und eignet sich hervorragend für dünne Bleche, Edelstahl und Aluminium. Der Preis dafür ist Geschwindigkeit: Das Verfahren ist langsam und verlangt viel Übung, weil der Schweißer Brenner und Zusatzstab gleichzeitig führen muss.

Jetzt lassen sich die drei Verfahren nebeneinanderstellen. Der Schlüssel sind immer dieselben Fragen: Wie kommt der Zusatz ins Bad, wie wird geschützt, wie viel Material schafft das Verfahren und wie sauber wird die Naht?

Die Prozessnummern auf der Schweißanweisung

In der österreichischen Praxis steht auf jeder Schweißanweisung (WPS – Welding Procedure Specification) und auf Zeichnungen die Prozessnummer nach EN ISO 4063, nicht der Verfahrensname. Liest man dort 111, ist E-Hand gemeint, 135 steht für MAG, 141 für WIG. Diese Nummern identifizieren das Verfahren eindeutig – ein detail, das im Betrieb selbstverständlich vorausgesetzt wird. Wer eine WPS oder eine Zeichnung nach ÖNORM EN ISO 2553 lesen muss, muss die Zahlen sofort zuordnen können.

Nahtvorbereitung – die Fugenform

Bevor geschweißt wird, müssen die Teile passend zugerichtet werden. Die Fugenform richtet sich nach Werkstückdicke und Verfahren:

• I-Naht – Bleche stumpf aneinander, ohne Schräge. Für dünne Bleche, oft beim WIG.
• V-Naht – beide Kanten angeschrägt, ergibt eine V-förmige Fuge. Der Klassiker für mittlere Dicken.
• Y-Naht – wie die V-Naht, aber mit einem geraden Steg am Wurzelbereich. Spart Zusatzwerkstoff.
• DV-Naht (Doppel-V, X-Naht) – von beiden Seiten angeschrägt. Für dicke Bauteile, weil von beiden Seiten geschweißt wird und sich der Verzug ausgleicht.

Je dicker das Material, desto mehr muss die Fuge geöffnet werden, damit der Lichtbogen bis zur Wurzel durchkommt und die Naht durchgängig verbindet.

Typische Schweißfehler

Eine Naht kann von außen ordentlich aussehen und trotzdem fehlerhaft sein. Diese Fehler tauchen in der Praxis am häufigsten auf:

Basische Elektroden müssen trocken gelagert werden – feuchte Umhüllung führt direkt zu Poren. Beim gasgeschützten Schweißen ist ein gestörter Gasstrom (Wind, verstopfte Düse) die häufigste Porenursache.

Sicherheit

Beim Lichtbogenschweißen entsteht intensive UV-Strahlung, die Augen und Haut schädigt – Schweißschild mit passender Schutzstufe und bedeckte Haut sind Pflicht. Der Schweißrauch enthält je nach Werkstoff gesundheitsschädliche Bestandteile, deshalb braucht es Absaugung oder gute Belüftung. Und es besteht Brandgefahr durch Funken und heiße Teile: brennbare Stoffe wegräumen, Löschmittel bereithalten.

Auswahl in der Praxis

Die Verfahrenswahl folgt vier Fragen: Welcher Werkstoff? Welche Blechdicke? Welche Stückzahl? An welchem Ort wird geschweißt? Edelstahl und dünnes Aluminium führen zu WIG, viel Stahl in Serie zu MAG, die Baustelle im Freien zu E-Hand. Meist ergibt sich daraus schon eine klare Antwort.