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Heliarc-Schweißen: Verfahren, Konstruktion, Qualität und Kosten

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Kevin Lee

Heliarc-Schweißen ist der ursprüngliche Handelsname für das Wolfram-Inertgasschweißen (GTAW) oder TIG-Schweißen. Dabei werden eine nicht abschmelzende Wolframelektrode und ein inertes Schutzgas verwendet, um hochpräzise, spritzerfreie Schweißnähte zu erzielen. In der modernen Fertigung sind Heliarc und TIG genau dasselbe Verfahren.

Wenn in einer älteren technischen Zeichnung „Heliarc“ angegeben ist, wird Ihr Fertigungsbetrieb dies als Standard-WIG-Schweißen kalkulieren und ausführen. Auch wenn sich die Terminologie weiterentwickelt hat, bleiben die fertigungstechnischen Herausforderungen dieselben. Dieses Verfahren ist die erste Wahl für dünnes Blech, hygienischen Edelstahl und Aluminiumgehäuse für kosmetische Anwendungen, hat jedoch einen hohen Preis: Es ist langsam, hängt stark von den Fähigkeiten des Bedieners ab und verzeiht keine schlechte Nahtpassung.

In diesem Leitfaden wird erläutert, wie sich Werkstoff, Fugenausführung, Temperaturregelung, Prüfung und Produktionsvolumen auf die Qualität und die Kosten des Heliarc-Schweißens auswirken.

Heliarc-Schweißen
Heliarc-Schweißen

Was bedeutet das Heliarc-Schweißen in der modernen Fertigung?

Die Verwendung des Begriffs „Heliarc“ in einer Zeichnung bedeutet heute in der Fertigung lediglich, dass das Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) angewendet werden soll. Um Kosten abzuschätzen und mögliche Fehler zu erkennen, müssen Ingenieure und Einkaufsleiter verstehen, wie die Ausrüstung physikalisch mit dem Metall interagiert.

Der Wolframbogen und das Schutzgas

Bei diesem Verfahren leitet die Maschine Strom durch eine Wolframelektrode, um einen Lichtbogen zu erzeugen, der das Grundmetall schmilzt. Gleichzeitig leitet eine Düse Schutzgas über das Schmelzbad, um Sauerstoff und Stickstoff zu verdrängen. Der Begriff „Heliarc“ hat sich aufgrund der frühen Verwendung von Helium eingebürgert, doch mittlerweile ist Argon aufgrund seiner geringeren Kosten und der stabilen Lichtbogenentzündung der Industriestandard.

Der wesentliche Vorteil dieses Fertigungsverfahrens liegt in der Trennung von Wärmeeinbringung und Materialzufuhr. Das Wolfram dient als Träger für den Lichtbogen. Es wird normalerweise nicht zum Schweißzusatzwerkstoff.

Der Gasdurchfluss ist ein entscheidender Parameter. Bei einem zu geringen Durchfluss ist die Metallschmelze der Atmosphäre ausgesetzt, was zu einer sofortigen Verunreinigung führt, die sich nicht abschleifen lässt und häufig dazu führt, dass das Bauteil vollständig als Ausschuss gilt. Umgekehrt verursacht ein zu hoher Gasdurchfluss Turbulenzen, die Umgebungsluft in die Schweißzone ziehen und genau denselben Fehler verursachen.

Schweißzusatz und autogenes Schweißen

Da Wolfram nicht schmilzt, müssen die Schweißer manuell einen separaten Schweißdraht in das Schweißbad einführen, falls für die Verbindung zusätzliches Material benötigt wird.

Allerdings wird nicht bei allen WIG-Schweißnähten Schweißdraht verwendet. Beim Autogenschweißen (Schmelzschweißen) werden ausschließlich die vorhandenen Kanten des Grundmetalls aufgeschmolzen. Dies eignet sich gut für dünne Werkstoffe (unter 1,5 mm) mit perfekt bündigen Passungen, wie beispielsweise Außeneckverbindungen an Blechgehäusen.

Wenn zwischen den Bauteilen ein Spalt besteht, schlägt das autogene Schweißen fehl. Der Bediener muss Schweißzusatzwerkstoff zuführen, um den Spalt zu überbrücken. Die spezifische Güteklasse des Schweißdrahts bestimmt direkt die mechanische Festigkeit, die Rissbeständigkeit und die Korrosionseigenschaften der fertigen Verbindung. Daher sollte das WIG-Schweißen nicht einfach als „Schweißen ohne Draht“ kategorisiert werden – die Entscheidung hängt vollständig von der Geometrie der Verbindung und der Toleranzsumme ab.

Ausrüstung, Einrichtung und Sicherheit

Eine handelsübliche WIG-Schweißanlage erfordert ein Wechselstrom-/Gleichstrom-Konstantstrom-Netzteil. Der Bediener regelt die Stromstärke dynamisch über ein Fußpedal oder einen am Schweißbrenner angebrachten Schieberegler, was für die Steuerung der Wärmeentwicklung im Verlauf des Schweißvorgangs unerlässlich ist. Schweißbrenner werden bei dünnen Werkstücken luftgekühlt, bei schweren, kontinuierlichen Schweißarbeiten hingegen wassergekühlt.

Die Sicherheit am Arbeitsplatz wirkt sich unmittelbar auf die gleichbleibende Produktionsqualität aus. Die Bediener benötigen Schutzhelme mit selbstverdunkelnden Filtern zum Schutz vor intensiver UV-Strahlung, hitzebeständige Handschuhe, die eine ausreichende Fingerfertigkeit für den Drahtvorschub gewährleisten, sowie eine lokale Absaugung, um Schweißrauch abzuführen und eine Argonvergiftung in engen Räumen zu verhindern.

Der grundlegende Produktionsablauf folgt einer strengen Reihenfolge:

Reinigen (Entfetten und Bürsten) → Aufspannen und Fixieren → Stromstärke und Gasdurchfluss einstellen → Heftschweißen → Endschweißen → Bauteil prüfen

Wie ändern sich die Heliarc-Einstellungen in Abhängigkeit vom Grundmetall?

Es gibt keine allgemeingültigen WIG-Parameter. Die Art des Stroms, die Gasauswahl und das Wärmemanagement ändern sich je nach Wärmeleitfähigkeit und chemischen Eigenschaften des Werkstoffs erheblich.

Aluminium: Oxidation und Wärmefluss

Das Schweißen von Aluminiumlegierungen wie 5052 und 6061 bringt zwei besondere Herausforderungen mit sich: eine Oberflächenoxidschicht mit hohem Schmelzpunkt und eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Aluminium erfordert Wechselstrom (AC). Die positive Hälfte des Wechselstromzyklus bricht die harte Oxidschicht auf, während die negative Hälfte in das Grundmetall eindringt. Da Aluminium Wärme schnell ableitet, müssen die Bediener mit einer hohen Stromstärke beginnen, um ein Schmelzbad zu bilden, und den Strom anschließend über das Fußpedal schrittweise reduzieren, um ein Durchbrennen zu vermeiden.

Bei dünnen Aluminiumgehäusen (z. B. 1,5 mm 5052) sind eine strenge Temperaturkontrolle und spezielle Haltevorrichtungen erforderlich, um Verformungen zu verhindern. Auch die Wahl des Schweißdrahts wirkt sich auf die Nachbearbeitung aus. Wenn das Bauteil klar eloxiert werden soll, hinterlässt die Verwendung von Standard-Schweißdraht 4043 eine deutlich erkennbare dunkelgraue Schweißnaht. In diesen Fällen wird in der Regel Schweißzusatz 5356 vorgeschrieben, um eine farbliche Übereinstimmung zu gewährleisten.

Edelstahl: Wärmeverfärbung und Korrosion

Edelstahlsorten wie 304 und 316L speichern die Wärme lokal, was das Risiko von Verformungen und metallurgischen Schäden erhöht. Dieses Material wird im Gleichstrom-Elektroden-Negativ-Verfahren (DCEN) geschweißt.

Das Hauptrisiko ist eine übermäßige Wärmezufuhr, die die Wärmeeinflusszone (HAZ) vergrößert und die rostbeständige Passivschicht des Materials beeinträchtigt, was sich als dunkle „Hitzverfärbung“ zeigt. Um eine Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht zu verhindern, müssen die Bediener eine Rückseitenspülung durchführen – dabei wird das Innere des Bauteils mit Argongas gespült.

Ingenieure müssen Folgendes beachten: Eine optisch einwandfreie Schweißnaht ist kein automatischer Beweis für Korrosionsbeständigkeit. Selbst sorgfältig ausgeführte WIG-Schweißnähte an Edelstahlteilen für den Lebensmittelbereich oder für medizinische Anwendungen erfordern in der Regel eine Beiz- und Passivierungsbehandlung nach dem Schweißen, um die volle Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen. Käufer sollten diese Nachbearbeitungszeit bei der Berechnung der Lieferzeiten berücksichtigen. Unsere Prüfstandards für diese Verbindungen orientieren sich in der Regel an AWS D1.6.

Kohlenstoffstahl und Speziallegierungen

Kohlenstoffstahl ist zwar hinsichtlich der Wärmezufuhr unempfindlich, reagiert jedoch äußerst empfindlich auf Verunreinigungen der Oberfläche. Walzzunder, Rost, Öl oder Zinkbeschichtungen müssen vor dem WIG-Schweißen vollständig abgeschliffen werden; andernfalls kommt es bei der Schweißnaht zu starker Porosität und mangelnder Durchschmelzung. DCEN und reines Argon sind hier Standard.

Speziallegierungen erfordern eine äußerst präzise Umgebungskontrolle:

  • Titan: Reagiert bei erhöhten Temperaturen sehr stark mit Sauerstoff und Stickstoff. Es sind hochreines Argon, große Gaslinsen und Nachlaufgasschilde erforderlich. Wird Titan nicht ordnungsgemäß abgeschirmt, entsteht eine spröde, verfärbte Schweißnaht, die oft die vollständige Verschrottung des teuren Rohmaterials erforderlich macht.
  • Kupferlegierungen: Eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit erfordert eine maximale Wärmezufuhr, wobei häufig Helium-Argon-Gasgemische eingesetzt werden, um die Lichtbogenspannung und die Einbranntiefe zu erhöhen.
  • Nickellegierungen: Sie sind äußerst anfällig für Heißrisse. Um ein Versagen der Struktur zu verhindern, erfordern sie sehr saubere Oberflächen, eine kontrollierte Wärmezufuhr und konvexe Schweißnahtprofile.

Materialauswahlmatrix

GrundmaterialGemeinsamer StrommodusStandard-SchutzgasWesentliche Risiken im Bereich der Fertigung
Aluminium 5052 / 6061ACArgon (oder Ar/He-Gemisch)Oxidverunreinigungen, schnelles Durchbrennen, thermische Verformung
Edelstahl 304 / 316LDCENArgonWärmeverfärbung (Karbidausscheidung), Verformung, Verlust der Korrosionsbeständigkeit
KohlenstoffstahlDCENArgonPorosität durch Öl- oder Rostablagerungen auf der Oberfläche, mangelnde Verschmelzung
TitanlegierungenDCENHochreines ArgonOxidationsversprödung (erfordert nachlaufende Gasschutzschilde)
Kupfer-LegierungenDCENArgon oder Ar/He-GemischSchneller Wärmeverlust, unzureichende Durchdringung

(Hinweis: Die genauen Schweißparameter hängen letztendlich von der Materialdicke, der Fugenausführung, der Schweißlage und spezifischen Prüfkriterien wie AWS D1.2 für Aluminium oder AWS D1.6 für Edelstahl ab.)

Wie lässt sich durch die Gestaltung der Verbindungen die Verformung verringern und der Nachbearbeitungsaufwand reduzieren?

Der effektivste Weg, die Kosten für das WIG-Schweißen zu senken, besteht nicht darin, die Schweißer zu zwingen, schneller zu schweißen, sondern darin, Teile so zu konstruieren, dass sie leichter zu schweißen sind. Beim „Design for Manufacturing“ (DFM) im Blechbau liegt der Schwerpunkt auf der Optimierung der Schweißzugänglichkeit, der Kontrolle der Toleranzsumme und der Umsetzung von Strategien zur Verwindungsminderung, noch bevor der erste lasergeschnitten wird hergestellt.

Prüfung einer geschweißten Platte in ihrer Halterung
Prüfung einer geschweißten Platte in ihrer Halterung

Ausrichtung der Fuge und Zugang für den Schweißbrenner

Eine gleichmäßige Ausrichtung der Fuge ist beim WIG-Schweißen von entscheidender Bedeutung. Während MIG-Schweißen Während sich große Spalte leicht überbrücken lassen, indem man Draht in die Fuge einbringt, erfordert das WIG-Schweißen enge Toleranzen. Ein Spalt von mehr als 0,5 mm bei dünnem Blech zwingt den Bediener dazu, langsamer zu arbeiten und übermäßige Wärme einzubringen, um die Fuge zu überbrücken, was das Risiko von Verformungen und Durchbrennen erheblich erhöht.

Ebenso wichtig ist die Zugänglichkeit der Schweißstelle. Der Bediener benötigt eine freie Sicht und ausreichend Platz, um den Brenner (in der Regel um 15–20 Grad) zu neigen und gleichzeitig den Schweißdraht zuzuführen. Darüber hinaus sollten Ingenieure prüfen, ob eine durchgehende Schweißnaht konstruktiv erforderlich ist. Der Ersatz von geschweißten Ecken durch CNC-gebogene Kanten oder die Verwendung von Unterbrechungsschweißnähten (Stichschweißnähten) kann die gesamte Wärmezufuhr drastisch reduzieren.

KonstruktionsproblemFertigungsergebnisDFM-Lösung
Eingeschränkter Zugang zum inneren AugenwinkelInstabiler Brennerwinkel, fehlende VerschmelzungDen Abstand vergrößern oder die Konstruktion so umgestalten, dass eine Außeneckverbindung entsteht
Fehlende Funktionen zur SelbstortungUneinheitliche Chargenabstände, lange RüstzeitenEinfügen von Nut- und Feder-Verbindungen oder Positionierungsflanschen in CAD
Überdimensionierte durchgehende SchweißnähteStarke Verformung, erhöhter SchleifaufwandSchweißnähte kürzen, Stichschweißen anwenden oder auf verdeckte Flächen ausweichen
Löcher, die zu nahe an der Schweißnaht liegenVerformung der Bohrung und Positionsverschiebung nach dem AbkühlenDen Abstand vergrößern oder die Löcher bearbeiten nach Schweißen

Befestigungen, Heftschweißnähte und Abfolge

Selbst bei einer perfekten Auslegung der Verbindung führt die extreme Hitze des WIG-Lichtbogens beim Abkühlen zu Zugkräften und Verformungen des Metalls. Um diese thermische Belastung zu bewältigen, sind eine präzise Fixierung und eine genaue Abfolge der Arbeitsschritte erforderlich.

Zur Fixierung der Teile und als Wärmeableiter kommen hochbelastbare Klemmen und maßgefertigte Vorrichtungen zum Einsatz. Durch das Einlegen von Kupferunterlegstangen hinter der Schweißnaht wird die Wärme vom dünnen Grundmetall abgeleitet. Vor dem Aufbringen einer durchgehenden Schweißraupe führen die Bediener Heftschweißungen entlang der Fuge durch. Um ein Durchbiegen langer Bleche zu verhindern, müssen die Bediener das Schweißen in einer einzigen, durchgehenden Linie vermeiden und stattdessen auf symmetrisches Schweißen, Rückschrittschweißen oder Sprungsschweißen zurückgreifen, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen.

Ingenieure müssen den Produktionsumfang berücksichtigen. Eine Vorrichtung, die während der Fertigung eines einzelnen Prototyps kühl bleibt, kann bei einer Chargenproduktion von 500 Teilen unter starker thermischer Sättigung leiden, was zu unerwarteten Toleranzabweichungen führen kann. Daher müssen Kühlphasen und Anpassungen der Abfolge in den Produktionsablauf integriert werden.

Wärmeregulierung und Oberflächenbeschaffenheit

Die Steuerung von Stromstärke, Lichtbogenlänge und Vorschubgeschwindigkeit durch den Bediener bestimmt unmittelbar die Wärmeentwicklung. Bei dünnen Werkstoffen setzen moderne Maschinen das gepulste WIG-Verfahren ein, bei dem zwischen einem hohen Spitzenstrom für die Einbruchtung und einem niedrigen Grundstrom zum Abkühlen des Schmelzbads gewechselt wird.

Allerdings wirkt sich Hitze naturgemäß auf die Oberflächenbeschaffenheit aus. Bei Edelstahl treten Hitzeverfärbungen auf, und bei Aluminium kommt es zu lokalen Veränderungen der Kornstruktur, was häufig zu Farbabweichungen führt, nachdem Eloxieren wenn der falsche Schweißdraht verwendet wird.

Einkaufsleiter konzentrieren sich oft auf den Stundensatz für das Schweißen selbst und übersehen dabei die versteckten Kosten der Nachbearbeitung. Bei der Präzisionsblechbearbeitung können das Schleifen, das Angleichen und die Wiederherstellung einer gebürsteten Oberflächenbeschaffenheit oft drei- bis fünfmal so lange dauern wie der eigentliche Schweißvorgang.

Geringer Spritzverlust kann den Nachbearbeitungsaufwand verringern, macht die Oberflächenvorbereitung jedoch nicht überflüssig.

Warum fallen gut aussehende WIG-Schweißnähte dennoch bei der Prüfung durch?

Die ästhetische Anmutung des WIG-Schweißens kann täuschen. Eine Schweißnaht kann an der Oberfläche ein vollkommen gleichmäßiges, glänzendes Erscheinungsbild aufweisen, das an einen „Stapel von Zehncentstücken“ erinnert, und dennoch die Festigkeits- oder Dichtheitsprüfung nicht bestehen. Die Qualitätskontrolle erfordert daher mehr als nur einfache Sichtprüfungen, um innere Mängel zu erkennen und die Maßhaltigkeit zu überprüfen.

Schweißfehler und deren Ursachen

FehlerartHäufige UrsachenPrüfung / Korrekturmaßnahme
PorositätÖl, Feuchtigkeit oder unzureichende GasabdeckungMetall gründlich reinigen; Gasdurchfluss und Drahtvorratsbehälter überprüfen
Starke Oxidation / SchwarzfärbungUnzureichende SchutzgasabdeckungAnpassung der Bechergröße, des Ausfahrwegs und der Nachströmungszeit
Wolfram-EinschlussWolfram, das das Schweißbad oder den Schweißdraht berührtAchten Sie auf die richtige Lichtbogenlänge und eine korrekte Steuerung des Brenners
Fehlende FusionUnzureichende Stromstärke oder zu hohe FahrgeschwindigkeitWärmezufuhr erhöhen; auf den richtigen Brennerwinkel und die richtige Nahtvorbereitung achten
KnackenNicht passender Schweißdraht oder unzureichende Kraterfüllung am EndeFüllgrad überprüfen; den Krater mit dem Abwärtsstrom auffüllen
VerzerrungÜbermäßige Wärmezufuhr oder falsche SchweißreihenfolgeDie Befestigung verbessern; gepulstes WIG-Schweißen oder Sprungschweißen anwenden

Es ist von entscheidender Bedeutung, zwischen kosmetischen Mängeln und strukturellen Defekten zu unterscheiden. So kann beispielsweise eine leichte Oberflächenoxidation an einer Edelstahlhalterung in einer trockenen Innenraumumgebung akzeptabel sein, stellt jedoch bei Sanitäranlagen einen kritischen Defekt dar.

Noch gefährlicher ist, dass ein unerfahrener Schweißer leicht eine schöne „Münzstapel-Oberfläche“ erzeugen kann, während die Wurzel der Schweißnaht überhaupt nicht geschmolzen wird. Dieser als „Cold Roll“ oder mangelnde Wurzelpenetration bezeichnete Zustand ist ein fataler struktureller Fehler bei tragenden Bauteilen. Wolframeinschlüsse sind ein weiterer, speziell beim WIG-Schweißen auftretender Fehler, der entsteht, wenn die Elektrodenspitze im Schweißbad abbricht und so eine spröde Spannungsstelle bildet.

Sichtprüfung, zerstörungsfreie Prüfung und Dichtheitsprüfung

Die Prüfverfahren müssen sich streng am Risikoprofil des Bauteils orientieren; eine vage Formulierung wie „Prüfung gemäß internationalen Normen“ treibt die Kosten unnötig in die Höhe.

Bei der standardmäßigen Sichtprüfung (VT) werden die Größe und das Profil der Schweißnaht sowie das Fehlen von Oberflächenrissen überprüft. Um eine höhere Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wird bei der Farbstoff-Eindringprüfung (PT) ein gut sichtbarer Farbstoff in mikroskopisch kleine, die Oberfläche durchbrechende Risse eingeleitet. Befindet sich empfindliche Elektronik in einem Gehäuse, ist eine pneumatische oder hydrostatische Dichtheitsprüfung vorgeschrieben.

Bei kritischen Bauteilen können Hersteller zerstörende Prüfungen an Probenstücken oder makroskopischen Querschnitten verlangen, um die tatsächliche Wurzeldurchdringung zu überprüfen. Schließlich müssen die Prüfer nach dem Schweißen Maßkontrollen durchführen – zur Überprüfung der Lochpositionen und der Ebenheit der Bleche –, um sicherzustellen, dass die geschweißte Baugruppe im Endprodukt korrekt passt.

WPS, Erstmuster und Chargenkontrolle

Eine zuverlässige Serienfertigung darf sich nicht auf das Gedächtnis eines einzelnen Bedieners stützen. Die genauen Parameter, die zu einer erfolgreichen Schweißnaht führen, sind in einer Schweißverfahrensanweisung (WPS) dokumentiert, die durch ein Verfahrenqualifikationsprotokoll (PQR) untermauert wird.

Um die Qualität einer gesamten Charge sicherzustellen, ist ein systematischer Arbeitsablauf erforderlich:

Probeschweißung → Erstmuster → Parameterfreigabe → Serienfertigung → Prozesskontrolle

Sobald die Erststückprüfung (FAI) bestanden ist, werden die Schweißparameter, die Aufspannung und die Schweißreihenfolge festgelegt. Während der Serienfertigung führen die Qualitätsteams planmäßige Stichprobenkontrollen durch, um sicherzustellen, dass die Wärmeentwicklung während mehrstündiger Schweißarbeiten keine Toleranzabweichungen verursacht hat.

Bei der Prüfung eines neuen Blechlieferanten sollten Einkäufer stets die Vorlage der WPS-Dokumente und der Erstmusterprüfberichte verlangen – Betriebe, die sich ausschließlich auf das „Gefühl des Bedieners“ verlassen, können keine gleichbleibende Qualität bei Großserien garantieren.

Heliarc- vs. MIG-Schweißen: Qualität, Geschwindigkeit und Kosten

Einkaufsleiter konzentrieren sich beim Vergleich von Angeboten häufig auf die geringe Vorschubgeschwindigkeit beim WIG-Schweißen. Um jedoch die tatsächlichen Kosten einer geschweißten Baugruppe zu ermitteln, muss der gesamte Produktionszyklus betrachtet werden und nicht nur die Minuten, die unter dem Lichtbogen verbracht werden.

Vergleich von drei Schweißnähten an Edelstahl
Vergleich von drei Schweißnähten an Edelstahl

WIG-Schweißen im Vergleich zu MIG-Schweißen und Laserschweißen

Je nach Materialstärke, Fugenausführung und Produktionsvolumen bieten verschiedene Schweißverfahren unterschiedliche Vorteile.

KriterienWIG (Heliarc / GTAW)MIG (GMAW)Laserschweißen
Geschwindigkeit beim SchweißenLangsamerSchnellerSehr schnell
Wärmeregulierung bei dünnem MetallBesserMäßigBesser
Aussehen der SchweißnahtIn der Regel sauber und präziseErfordert möglicherweise eine Reinigung nach dem SchweißenSchmale, minimalistische Wulst
Spalttoleranz (Passung)Mäßig (erfordert einen festen Sitz)Relativ hoch (kann Lücken überbrücken)Erfordert strikte Konsistenz
Fähigkeiten / SystemvoraussetzungenHohe Fachkompetenz im manuellen SchweißenMäßige manuelle GeschicklichkeitHochentwickelte Prozessentwicklung
Investitionen in die AutomatisierungMäßig bis hochMäßigHoch

Bei der Prüfung eines neuen Projekts wenden Fertigungsingenieure in der Regel die folgenden Routing-Regeln an:

  • Bewerten WIG In erster Linie für dünnes Blech, Präzisionsbaugruppen und optisch besonders auffällige Fugen.
  • Bewerten MIG vor allem bei dickeren Blechen (in der Regel > 3,0 mm) und hochbelastbaren Bauteilen, bei denen Geschwindigkeit Vorrang vor Ästhetik hat.
  • Bewerten Laserschweißen für die Produktion mittlerer bis hoher Stückzahlen, bei der die Montagepositionierung äußerst stabil und wiederholgenau ist.

Arbeit, Endbearbeitung und Nachbearbeitung

Um zu verstehen, warum das WIG-Schweißen trotz seiner geringeren Geschwindigkeit kostengünstiger sein kann, müssen Käufer die Gesamtbetriebskosten für die Schweißverbindung berechnen:

Gesamtkosten für das Schweißen = Rüstkosten + Arbeitskosten + Gas und Schweißzusatzwerkstoff + Vorrichtungen + Nachbearbeitung + Prüfung + Nachbesserung + Ausschuss

Beim MIG-Schweißen wird Metall schnell aufgetragen, was die direkte Arbeitszeit für den Schweißvorgang selbst verringert. Allerdings entstehen beim MIG-Schweißen häufig Spritzer, und es sind dickere Schweißnähte erforderlich. Wenn das Bauteil eine glatte, lackierte oder optisch einwandfreie Oberfläche erfordert, geht die beim Schweißen eingesparte Arbeitszeit sofort wieder durch das Schleifen, Angleichen und Polieren verloren.

Bei Projekten im Bereich der kosmetischen Blechbearbeitung können Endbearbeitung und Nachbearbeitung bis zu 60% der gesamten Montagekosten ausmachen. Die Entscheidung für das WIG-Schweißen zur Vermeidung von Spritzern ist eine strategische Maßnahme zur Kosteneinsparung. Bei einem Edelstahlgehäuse, das eine gebürstete Oberfläche (#4) erfordert, führt eine WIG-Schweißnaht ohne Spritzer oft zu niedrigeren Gesamtstückkosten, da dadurch stundenlanges intensives Schleifen nach dem Schweißen entfällt. Die Stückkosten skalieren zudem effizient: Mit steigenden Produktionsmengen amortisieren sich die anfänglichen Werkzeugkosten (maßgeschneiderte Kühlkörpervorrichtungen) über die gesamte Projektlaufzeit.

Manuelles, Cobot- und Roboter-WIG-Schweißen

Durch die Ausweitung der WIG-Produktion wird Automatisierung eingeführt, um die Abhängigkeit von schwer zu findenden Fachkräften für das manuelle Schweißen zu verringern.

  • Manuelles WIG-Schweißen eignet sich gut für die Prototypenentwicklung, Kleinserien und Projekte mit großer Produktvielfalt, bei denen der Zugang zu den Verbindungsstellen schwierig ist.
  • Cobot (kollaborativer Roboter) TIG eignet sich für die Produktion mittlerer Stückzahlen mit sich wiederholenden Nähten. Die Bediener können den Arm schnell programmieren, indem sie ihn entlang der Naht führen, was den Einsatz ohne große Rüstzeiten ermöglicht.
  • Roboter-WIG-Schweißen ist für eine äußerst stabile Großserienfertigung vorgesehen. Es erfordert hohe Investitionskosten für starre Halterungen und automatisierte Drahtzuführsysteme. Vor allem aber verlangt es strenge Toleranzen von ±0,1 mm bei den vorgelagerten Laserschneid- und Biegevorgängen; andernfalls schweißt der Roboter einfach ins Leere.

Bei der Bewertung des automatisierten WIG-Schweißens müssen Produktionsplaner eine physikalische Einschränkung berücksichtigen:

Die Automatisierung verbessert die Gleichmäßigkeit und reduziert den direkten Arbeitsaufwand, beseitigt jedoch nicht die Grenzen der Abscheidungsrate beim WIG-Schweißen.

Der Lichtbogen schmilzt das Metall nach wie vor mit derselben physikalischen Geschwindigkeit; der ROI ergibt sich aus der kontinuierlichen Maschinenverfügbarkeit und den geringeren Ausschussraten, nicht aus höheren Verfahrgeschwindigkeiten.

Schlussfolgerung

Das WIG-Schweißen (Heliarc) ist ein äußerst präzise steuerbares, sauberes Verfahren, das hervorragende mechanische und optische Ergebnisse liefert. Es ist die optimale Wahl für dünnes Blech, Präzisionsgehäuse und gut sichtbare Schweißnähte.

Das MIG-Schweißen ist bei dickeren Bauteilen kostengünstiger, während das Laserschweißen bei Baugruppen mit hohen Stückzahlen und engen Toleranzen eine unvergleichliche Geschwindigkeit bietet. Letztendlich hängt die Wahl des richtigen Verfahrens vom Grundwerkstoff, der Dicke, der Fugengeometrie, den zulässigen Toleranzen, den Anforderungen an das Erscheinungsbild und dem Gesamtproduktionsvolumen ab.

Sie sind sich nicht sicher, ob WIG-, MIG- oder Laserschweißen für Ihr Bauteil geeignet ist?

Senden Sie uns Ihre Zeichnung, die Werkstoffsorte, die Dicke, die Schweißanforderungen, die Oberflächenbeschaffenheit und die voraussichtliche Stückzahl zu.. Das Ingenieurteam von TZR prüft die Konstruktion der Verbindung, das Verformungsrisiko, die Prüfanforderungen sowie die Gesamtproduktionskosten und legt innerhalb von 24 Stunden einen detaillierten DFM-Bericht sowie ein Angebot vor.

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Kevin Lee

Kevin Lee verfügt über mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung in der Blechbearbeitung und hat sich auf Präzisionsfertigung und Problemlösung spezialisiert. Mit seinem starken Fokus auf Qualität und Effizienz bringt er wertvolle Erkenntnisse und Fachkompetenz in jedes Projekt ein und sorgt so für erstklassige Ergebnisse und Kundenzufriedenheit in allen Bereichen der Metallbearbeitung.

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