Zusatzwerk-, Hilfs- und Werkzeugstoffe
- Drahtelektrodensorten
- Un- und niedriglegierte Stähle
- Hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen
- Aluminium und Aluminiumlegierung
- Sonstige Werkstoffe
Drahtelektrodensorten
Drahtelektroden für das MIG/MAG-Schweißen von unlegierten Stählen und Feinkornbaustählen sind in DIN EN 440 genormt. Die Norm unterscheidet nach der chemischen Zusammensetzung 11 Sorten von Schweißdrähten. Sie enthält aber auch solche Schweißdrahtsorten, die nur in anderen Ländern Europas üblich sind. In Deutschland werden für unlegierte Stähle nur die Sorten G2Si1, G3Si1 und G4Si1 in nennenswertem Umfang verwendet. Diese enthalten in der genannten Reihenfolge zunehmende Gehalte an Silizium und Mangan, und zwar im Mittel von 0,65 bis 0,9 % Silizium und von 1,10 bis 1,75 % Mangan. Für Feinkornstähle kommen auch die Sorten G4Mo und G3Ni1 und G3Ni2 zur Anwendung. Fülldrahtelektroden zum Schweißen dieser Stähle enthält DIN EN 758. Nach der Zusammensetzung der Füllung unterscheidet man hier Rutiltypen, basische Typen und Metallpulver-Typen. Neben den Fülldrähten zum MIG/MAG-Schweißen sind in DIN EN 758 aber auch selbstschützende Fülldrähte genormt, die ohne zusätzlich zugegebenes Schutzgas verschweißt werden. Sie werden häufig zum Auftragschweißen verwendet. Drahtelektroden für das Schweißen warmfester Stähle sind in DIN EN 12070,Fülldrahtelektroden für diese Stähle in DIN EN 12071 genormt. Die Drahtelektroden reichen von der nur molybdänlegierten Variante über die Drähte mit 1,2,5, 5 und 9 % Chrom bis zur Drahtelektrode mit 12 % Chrom. An weiteren Legierungselementen sind Molybdän, Vanadin und Wolfram vorhanden. Fülldrahtelektroden gibt es bis zu 5 % Chrom. Drahtelektroden zum Schweißen nichtrostender und hitzebeständiger Stähle sind in DIN EN 12072 genormt; Fülldrahtelektroden für diese Stähle in DIN EN 12073. Die Normen unterscheiden Zusätze für martensitische / ferritische Chromstähle, austenitische Stähle, ferritische/ austenitische Stähle und vollaustenitische hochkorrosionsbeständige Stähle, ferner spezielle Typen und hitzebeständige Typen.
Werkstoffe zum MIG/MAG-Schweißen
Un- und niedriglegierte Stähle
Un- und niedriglegierte Stähle werden unter Mischgasen M1, M2, M3 oder unter reinem Kohlendioxid geschweißt. Wegen der geringeren Spritzerbildung, vor allem im oberen Leistungsbereich, dominieren in Deutschland aber die Mischgase. Diese Stähle lassen sich im allgemeinen gut mit dem MAG-Verfahren schweißen. Eine Ausnahme bilden hochkohlenstoffhaltige Sorten, wie E 360, mit ca. 0,45 % C. Durch den großen Einbrand des Prozesses nimmt das Schweißgut durch Vermischung relativ viel Kohlenstoff auf und es kommt dadurch zu einer Gefährdung durch Heißrisse. Abhilfe ist möglich durch alle Maßnahmen, welche den Einbrand und damit die Vermischung reduzieren. Dazu zählen niedrige Stromstärken ebenso wie Schweißen auf dem etwas vorlaufenden Schweißgut - Vorsicht: Bindefehlergefahr. Porenbildung entsteht bei un- und niedriglegierten Stählen hauptsächlich durch Stickstoff. Dieser kann durch Aufmischung beim Schweißen von Stählen mit hohem Stickstoffgehalt stammen, z.B. bei nitrierten Stählen. Meist wird der Stickstoff aber infolge einer unvollständigen Schutzgasglocke aus der Luft aufgenommen. Ein sicherer Schutz ist gewährleistet, wenn die richtige Schutzgasmenge eingestellt wurde und Verwirbelungen des Schutzgasstromes, z.B. durch Spritzer in der Schutzgasdüse oder Instabilitäten des Prozesses, vermieden werden. Kohlendioxid als Schutzgas ist weniger empfindlich gegen diese Art der Porenbildung als Mischgase. Bei Mischgasen nimmt die Empfindlichkeit mit steigendem CO2-Gehalt ab.
Hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen
Auch diese Werkstoffgruppe lässt sich prinzipiell mit dem MIG/MAG-Prozess gut schweißen. Als Schutzgase kommen für hochlegierte Stähle Argon / Sauerstoff-Gemische mit 1-5 % Sauerstoff (M1.1) oder Argon mit CO2-Gehalten bis zu 2,5% (M1.2) zur Anwendung. Einen bedeutenden Nachteil stellen beim Schweißen korrosionsbeständiger Stähle die Oxidhäute dar, die nach dem Schweißen auf und neben der Naht zurückbleiben. Diese müssen vollständig durch Bürsten, Beizen oder Strahlen entfernt werden bevor das Bauteil in Betrieb geht, weil sie die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern. Der Säuberungsaufwand ist bei MAG-geschweißten Nähten größer als beim E-Hand-Schweißen, wo die Schlackenabdeckung dem Sauerstoff bei höheren Temperaturen noch den Zutritt zur Nahtoberfläche verwehrt. Ein Teil der wirtschaftlichen Vorteile des teilmechanischen Schweißens kann deshalb durch die höheren Nacharbeitungskosten wieder verloren gehen. CO2-haltige Mischgase verhalten sich in dieser Hinsicht etwas günstiger als O2-haltige. Sie werden deshalb zunehmend angewendet. Der Kohlendioxidanteil im Schutzgas darf aber nicht zu hoch werden, weil das im Lichtbogen zerfallende Gas zur Aufkohlung des Schweißgutes führt und damit zu einer Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit. Der zulässige CO2-Gehalt ist deshalb auf max. 5 % begrenzt. Beim Schweißen korrosionsbeständiger Stähle muss jede Überhitzung vermieden werden, weil sie durch Ausscheidung von Chromkarbid zur Versprödung und zur Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit führen kann. Es muss deshalb das Wärmeeinbringen kontrolliert und dem Werkstoff eventuell durch Einlegen von Abkühlungspausen Gelegenheit zum Zwischenabkühlen geboten werden. Bei den Werkstoffen aus der Gruppe der vollaustenitischen Stähle ist "kaltes" Schweißen auch zur Vermeidung von Heißrissen angesagt. Da austenitische Stähle durch Wasserstoff nicht verspröden, können dem Argon zur Leistungssteigerung (Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit) auch einige Prozent Wasserstoff beigemischt werden. Wegen der Porengefahr sollte der H2-Gehalt aber nicht über 7 % liegen. Duplexstähle , die eine Zweiphasen-Struktur aus Austenit und Ferrit besitzen, neigen dagegen wieder mehr zu wasserstoffinduzierter Rissbildung. Nickelbasislegierungen werden in der Regel unter Argon MIG-geschweißt. Bei Reinnickel und einigen Legierungen können geringe Wasserstoffzusätze die Oberflächenspannungen verringern und so die Nahtzeichnung verbessern.
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Aluminiumwerkstoffe werden grundsätzlich MIG-geschweißt. Als Schutzgas kommt im Regelfall Argon zur Anwendung. Wegen der großen Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums wirken sich hier Heliumzugaben besonders günstig aus. Helium verbessert, wie bereits erwähnt, die Wärmeleitfähigkeit und den Wärmeinhalt der Schutzgasatmosphäre. Dies bringt einen tieferen und breiteren Einbrand. Wo der tiefere Einbrand nicht gebraucht wird, z. B. beim Schweißen dünner Bleche, kann bei gleicher Einbrandform entsprechend schneller geschweißt werden. Dickere Querschnitte von Aluminium müssen wegen der großen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes vorgewärmt werden. Dies sichert nicht nur ausreichenden Einbrand, sondern verringert auch die Porenanfälligkeit, weil das Schweißgut mehr Zeit zum Entgasen während des Erstarrens hat. Bei Verwendung von heliumhaltigen Schutzgasen - üblich sind Gehalte von 25 oder 50 % - kann die Vorwärmung verringert werden, bzw. bei geringeren Wanddicken kann ganz auf das Vorwärmen verzichtet werden. Dies gleicht den höheren Preis der heliumhaltigen Gase teilweise wieder aus. Schwierigkeiten, die hochschmelzende Oxidhaut auf dem Bad zu beseitigen, bestehen beim MIG-Schweißen nicht, weil der Pluspol an der Elektrode liegt (katodische Reinigung). Trotzdem ist es ratsam, die Oxidhäute unmittelbar vor dem Schweißen durch Schaben oder Bürsten zu entfernen, da sie hygroskopisch sind und daher Wasserstoff ins Schweißgut bringen. Wasserstoff ist die alleinige Ursache für Porenbildung beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen. Aluminium hat im flüssigen Zustand eine relativ große Löslichkeit für Wasserstoff, im festen Zustand ist dieses Gas dagegen fast gar nicht im Metall löslich. Jeglicher Wasserstoff, der beim Schweißen aufgenommen wurde, muss deshalb das Schweißgut vor der Erstarrung verlassen, wenn keine Poren auftreten sollen. Dies ist vor allem bei dickeren Querschnitten nicht immer möglich. Gänzlich porenfreie Nähte sind deshalb, wenn größere Wanddicken vorliegen, bei Aluminiumwerkstoffen nicht zu erreichen. Die günstige Wirkung einer Vorwärmung wurde schon vorher erwähnt. AlMg- und AlSi-Legierungen neigen bei Si-Gehalten von etwa 1 % bzw. Mg-Gehalten von etwa 2 % zur Heißrissigkeit beim Schweißen. Dieser Legierungsbereich sollte durch Auswahl des Schweißzusatzes vermieden werden. Meist verhält sich die nächst höher legierte Drahtelektrode besser als eine artgleiche.
Sonstige Werkstoffe
Außer den schon genannten Werkstoffen werden noch Kupfer und Kupferlegierungen in nennenswertem Maße MIG-geschweißt. Reinkupfer muss wegen der großen Wärmeleitfähigkeit relativ hoch vorgewärmt werden, um Bindefehler zu vermeiden. Das Schweißgut von Bronzedrähten, z.B. solche aus Aluminium- oder Zinnbronze, besitzt gute Gleiteigenschaften. Es wird deshalb für Auftragsschweißungen an Gleitflächen verwendet. Bei solchen Schweißungen auf Eisenwerkstoffen muss der Einbrand durch geeignete Maßnahmen gering gehalten werden, weil Eisen in Kupfer nur eine geringe Löslichkeit hat. Es wird in Form von Kügelchen im Schweißgut eingeschlossen und vermindert die Gebrauchseigenschaften. Ähnlich sind die Bedingungen beim MIG-Löten. Dieses Verfahren wird z.B. zum Verbinden verzinkter Bleche im Automobilbau eingesetzt. Als Zusätze werden Drahtelektroden aus Silizium- oder Zinnbronze verwendet. Durch den niedrigeren Schmelzpunkt dieser Bronzen wird die Zinkverdampfung verringert. Es entstehen weniger Poren und der Schutz durch die Zinkschicht bleibt bis nahe an die Naht heran und auch auf der Rückseite der Bleche erhalten. Auch hierbei sollte möglichst kein Einbrand in den Stahlwerkstoff hinein entstehen, sondern die Bindung sollte, wie beim Hartlöten, nur durch Diffusions- und Adhäsionskräfte erfolgen. Dies wird durch angepasste Schweißparameter und eine besondere Brennerhaltung erreicht, wodurch der Lichtbogen nur auf dem flüssigen Schmelzbad brennt.
