Lichtbogenschweißen: Der Alleskönner der Fügeverfahren

Über Laserstrahlschweißen wird viel geredet und geschrieben. Es ist noch vergleichsweise neu und aufregend. Die konservativen aber wichtigen Alternativen werden dabei häufig aus den Augen verloren: Schweißverfahren mit Lichtbogen.

„Das Laserstrahlschweißen ist ein tolles Verfahren. Es gibt sehr interessante Anwendungen, die damit erst möglich werden und die mit Lichtbogenschweißen gar nicht funktionieren würden. Dennoch dominieren Lichtbogen-Schweißverfahren die industrielle Anwendung extrem und sind deswegen sehr wichtig“, sagt Prof. Uwe Reisgen, Leiter des Instituts für Schweißtechnik und Fügetechnik an der RWTH Aachen, im Gespräch mit PRODUKTION. „Wir schätzen, dass etwa 80 Prozent aller Schweißanwendungen in der Industrie in den Bereich Lichtbogenschweißen fallen. Das ist enorm. Laserschweißen macht vielleicht knappe zehn Prozent aus.“

Dass der elektrische Lichtbogen als Energiequelle beim Schweißen so dominant ist, liegt unter anderem an der langjährigen Erfahrung, den umfassenden Vorteilen und den vielen verschiedenen Schweißverfahren, die dieser Gruppe angehören. Mehr zu den verschiedenen Varianten des Lichtbogenschweißens lesen Sie in diesem Artikel:

Für welche Anwendungen eignet sich Lichtbogenschweißen?

Aufgrund der Vielfalt an Verfahren eignet es sich für nahezu alles. „Ein schweißbares Material, eine Mindestblechstärke, eine geeignete Schweißausrüstung und einen guten Schweißer vorausgesetzt, gibt es wenig, was sich mit dem Metall-Schutzgasschweißen oder den Lichtbogen-Schweißverfahren im Allgemeinen nicht verschweißen lässt“, stellt Reisgen fest. Daher sollte die Frage wohl eher lauten: Wofür eignet sich Lichtbogenschweißen besonders gut?

Beim Schweißen mit Zusatzwerkstoff ist der Lichtbogen die beste Wahl

Herausragend schlägt sich Lichtbogenschweißen bei Anwendungen mit Zusatzwerkstoff, das heißt, wenn es darum geht mit der Schweißnaht Lücken zu füllen oder durch das Schweißen metallurgisch eingegriffen werden soll. Dies ist mit Lichtbogen-Schweißverfahren mit abschmelzenden Elektroden gut und einfach möglich. „Man kann zwar beim Laserstrahlschweißen auch mit Zusatzwerkstoff arbeiten, aber das ist deutlich schwieriger“, kommentiert Reisgen.

Dank der Möglichkeit einen Zusatzwerkstoff zu verschweißen eignet sich Schweißen mit dem Lichtbogen auch gut für Reparaturen. Weitere mögliche Anwendungsgebiete im industriellen Umfeld sind beispielsweise der Fahrzeug- und Schiffbau oder der Maschinenbau im Allgemeinen. Auch in allen Bereichen des metallverarbeitenden Handwerks sind Lichtbogenverfahren vertreten.

Geregelter Bereich wird vom Lichtbogen dominiert

Außerdem gibt es Bereiche, in denen es bisher sogar keine Konkurrenz für den Lichtbogen gibt. Als Beispiele nennt Reisgen den Behälter- und Apparatebau und den Stahlbau im öffentlichen Bereich (Brücken, Türme, Treppengeländer etc.). In diesem Bereich sind sehr viele gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, die durch Normen und Regelwerke festgelegt sind. „In diesem geregelten Bereich dominieren die Lichtbogen-Schweißverfahren zu 100 Prozent“, so der Institutsleiter. „Das sind Einsatzgebiete, die über lange Jahre abgesichert wurden und in denen jedes neue Verfahren einen langen Qualifizierungs- und Zertifizierungsprozess durchlaufen muss.“ Daher sei der Laser in diesen Anwendungen zumindest noch keine Konkurrenz.

In anderen Bereichen hingegen ist der Laser sehr dominant. „Der Laser ist sehr stark, wenn es um extrem empfindliche oder dünnwandige Materialien geht“, begründet Reisgen. Das läge daran, dass Laserstrahlen beim Schweißen lediglich eine geringe Energie- beziehungsweise Wärmeeinbringung verursachen. So werden die negativen Einflüsse des Schweißens auf das Material minimiert, was eben besonders bei empfindlichen Stoffen wichtig ist.

Lichtbogen dringt in Laserstrahl-dominierte Felder ein

Aber die Lichtbogen-Schweißverfahren kommen, was dünne Materialien und empfindliche Werkstoffe angeht, dem Laser wieder näher, berichtet der Schweißtechnik-Experte, und zwar mit neuen Verfahren (mehr dazu im Artikel „Was sind die Trends beim Lichtbogenschweißen?“).

Außer wenn es um Schweißnähte geht bei denen höchste Präzision gefordert ist, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt – dort dominieren Laser- und Elektronenstrahlschweißen. „Da ist häufig Präzision im hundertstel-Millimeter-Bereich gefordert, das kriegt man mit dem Lichtbogen nicht hin“, sagt Reisgen.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Additive Fertigung. Auch hier stehen zwar laserbasierte Verfahren meist im Vordergrund, aber es gibt auch einige andere, die mit dem Lichtbogen funktionieren. Zum Beispiel das Lichtbogen-Auftragsschweißen (auch Wire-Arc-Additive-Manufacturing). Mehr zu diesem und anderen 3D-Druck-Verfahren und deren Vorteile lesen Sie in diesem Artikel:

Welche Vorteile hat das Schweißen mit dem Lichtbogen?

Der größte Vorteil von Lichtbogen-Schweißverfahren ist sicherlich die Flexibilität der Verfahren und damit die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten, die zuvor beschrieben wurde. Die schweißbaren Bauteile reichen von dünnen Blechen für den Karosseriebau hin zu quasi unendlich dicken und großen Metallteilen und die Palette der schweißbaren Metalle ist riesig.

Außerdem ist die Ausrüstung vergleichsweise günstig. „Eine handelsübliche lowtech Metall-Schutzgasschweißanlage kann man schon für ein paar tausend Euro haben“, erläutert Reisgen. Bei einer automatisierten Anlage für die Industrie oder einer Roboterschweißzelle mit Lichtbogen sei man im mittleren fünfstelligen Bereich. Beim Laser hingegen werde es schnell teuer, da lägen die Kosten schnell im sechsstelligen Bereich oder sogar höher, wenn man in eine Laserstrahlschweißanlage investiert.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Prozess sowohl manuell durch einen Schweißer ausgeübt werden kann als auch hoch automatisiert mithilfe von Schweißrobotern oder anderen Automatisierungslösungen. Zudem ist das passende Know-how meist leichter zu erlernen oder in den Betrieben schon vorhanden als bei den Laserstrahlverfahren.