Schweißgase / Schutzgase – aktive und inerte Schutzgase

Bei den verschiedenen Schweißverfahren kommen unterschiedliche Gase zur Anwendung. Bei den inerten Schutzgasschweißverfahren werden Edelgase verwendet, welche keine Reaktion mit der abschmelzenden Elektrode oder der Schmelze eingehen und gleichzeitig das Schweißgemisch vor den Gasen der Luft schützen.

Bei aktiven Schutzgasen oder Schutzgasmischungen aus aktiven und inerten Schutzgasen werden die Gase, bzw. deren Zusammensetzung so gewählt, dass die gewünschte Eigenschaft der Schweißnaht erzielt wird.

Die Gase, welche man am häufigsten beim Schweißen verwendet sind Argon (Ar), Helium (He), Kohlendioxid (CO₂) , Stickstoff (N) oder ein Gemisch aus diesen Gasen, in denen auch andere Gase enthalten sein können, wie zum Beispiel Sauerstoff.

Argon als Schutzgas beim Schweißen

Argon ist ein Gas, welches im chemischen Periodensystem der Elemente (PSE) in der 8. Hauptgruppe steht und zu den Edelgasen zählt. Wenig bekannt ist, dass Argon nicht nur Teil des Luftgemisches unserer Erdatmosphäre ist und da einen Anteil von knapp 1% ist.

Eigenschaften von Argon

Argon ist ein Gas, das sich gut in Wasser auflöst, jedoch nicht in Metallschmelzen. Wie alle Edelgase geht Argon nur unter extremen Bedingungen eine chemische Reaktion ein. Daher fungiert es beim MIG-Schweißen und beim WIG-Schweißen als inertes, oder inaktives Schutzgas. Es umgibt den Lichtbogen und die Schmelze und schützt vor dem Einfluss des reaktionsfreudigen Sauerstoffs aus der Erdatmosphäre.

Erst bei -185°C wird Argon flüssig. Argon hat eine höhere Dichte als Stickstoff und Sauerstoff, ist also schwerer als Luft.

Verglichen mit anderen Edelgasen ist Argon verhältnismäßig preiswert, da es aus der Luft gewonnen werden kann, indem es von den anderen Elementen getrennt wird. Argon zum Schweißen ist in Gasflaschen erhältlich.

Schutzgas-Schweißen mit Helium

Helium ist wie Argon ein Edelgas und wird beim Schweißen als inertes, also inaktives Gas bezeichnet. Es ist nach Wasserstoff das am zweithäufigsten vorkommende Element im Universum. Trotzdem ist es deutlich teurer als das Edelgas Argon, da die Gewinnung aufwändiger ist, denn es ist nicht in der uns umgebenden Luft enthalten.

Der wichtigste Lieferant für Helium ist natürliches Erdgas mit einem Anteil von 0,2-7%. Helium entsteht auch beim radioaktiven Zerfall.

Die niedrigen Schmelz- und Siedetemperaturen des Heliums erschweren die Gewinnung, bzw. Isolation des Heliums.

Helium ist auch das zweitleichteste Element. Da es leichter ist als die Luft, steigt es nach oben. Aufgrund dieser Eigenschaft des Heliums wird es in der Luftfahrt in Gasballons und Zeppelinen sowie in den aufsteigenden Luftballons wie sie auf Jahrmärkten, Kindergeburtstagen oder zu Werbezwecken eingesetzt werden.

Beim Schweißen wird Helium ebenso wie Argon als Schutzgas für MIG und WIG Schweißen eingesetzt, da es als Edelgas keine Reaktionen eingeht und so die Schmelze schützt.

Schutzgas CO₂ – Kohlenstoffdioxid – Kohlensäure

Kohlenstoffdioxid oder auch Kohlendioxid ist eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist wasserlöslich und schwerer als Luft. Wie auch Argon kommt es in der Erdatmosphäre vor, allerdings in einem sehr geringen Anteil von 0,04%. Die Gewinnung von Kohlendioxid erfolgt auch nicht aus der Erdatmosphäre. Dafür gibt es wirtschaftlichere Methoden, da CO₂ bei chemischen und physikalischen Prozessen entsteht. Beispielsweise beim Kalkbrennen oder bei der Verbrennung fossiler Energieträger fällt Kohlendioxid als Nebenprodukt an.

In Mineralwassern kommt es in gelöster Form vor und wird dort als Kohlensäure genannt, obgleich der Begriff chemisch nicht zutreffend ist. Auch in einigen alkoholischen Getränken wie Bier und Sekt ist ebenfalls Kohlensäure enthalten, die beim Gärungsprozess entsteht.

Beim Schweißen wird Kohlendioxid als Schutzgas verwendet. Da es kein Edelgas ist, wird es als aktives Schutzgas bezeichnet. Es ist zwar reaktionsfähig und kann daher mit der abschmelzenden Elektrode oder der Schmelze reagieren. Jedoch ist die Reaktionsfreudigkeit gering und es wird daher beim MAG-Schweißen eingesetzt.

Stickstoff als Schutzgas beim Schweißen

Stickstoff (N) ist ein reaktionsarmes gasförmiges Element, welches die Eigenschaft hat, Flammen zu ersticken. In seiner molekularen Form (N₂) hat Stickstoff den höchsten Anteil an der Erdatmosphäre. Der Anteil des Stickstoffs liegt hier bei 78%. Entsprechend erfolgt die Gewinnung des Stickstoffs meist durch Trennen der umgebenden Luft in ihre Bestandteile. Dies erfolgt entweder durch chemische Prozesse, wie z.B. die Destillation verflüssigter Luft oder durch ein Membran-Filter-Verfahren, bei welchem Luft durch ein Kunststoffmembran gepresst wird. Dabei macht man sich die geringere Diffusionsgeschwindigkeit von Stickstoff gegenüber Sauerstoff und Wasserstoff zunutze.

Da Stickstoff nicht sehr reaktionsfreudig ist, wird er als Schutzgas beim Schutzgas-Schweißen eingesetzt. Er schützt dabei den abschmelzenden Draht und die Schmelze vom in der Luft enthaltenen Sauerstoff.

Zum Schweißen eingesetzte Mischgase

Mischgase zeichnen sich dadurch aus, dass sie Abgesehen von den bisher erwähnten Gasen werden mitunter auch Gasgemische aus diesen Gasen teilweise sogar mit einem geringen Sauerstoffanteil.
Durch die Zusammensetzung des Schutzgasgemisches können der Schweißprozess und das Schweißresultat (Einbrand, Tropfengröße) beeinflusst werden.

Ein zum Schweißen häufig verwendetes Gasgemisch ist eines aus Argon, Kohlendioxid und einem geringen Anteil Sauerstoff.

Inerte Schutzgasgemische – Helium Argon

Inerte Schutzgasgemische bestehen meist aus einer Mischung aus Helium und Argon. Die Eigenschaften dieser beiden Elemente sind weiter oben beschrieben. Aufgrund ihrer Eigenschaften kommen sie beim MIG-Schweißen, sowie beim WIG-Schweißen zum Einsatz.

Aktive Schutzgasgemische

Beim aktiven Schutzgasschweißen, wie dem MAG Schweißen werden Gasgemische aus aktiven Schutzgasen verwendet werden. Sehr häufig werden aber auch Mischungen aus aktiven und inerten Schutzgasen verwendet. Durch die Zusammensetzung soll das Ergebnis des Schweißprozesses aktiv beeinflusst werden.

Häufig verwendete Gasgemische die beim MAG-Schweißen verwendet werden sind Argon – CO₂ – Sauerstoff oder Argon – CO₂ . Ebenso können Helium und Stickstoff in den Gasgemischen enthalten sein.