So wählen Sie das richtige Schutzgas aus: Ein Leitfaden für MIG-, MAG- und WIG-Schweißen
Schutzgase spielen bei fast allen Lichtbogenschweißverfahren eine entscheidende Rolle. Sie schützen das Schweißbad und den Lichtbogen vor dem Einfluss der Umgebungsatmosphäre und beeinflussen gleichzeitig die Lichtbogenstabilität, das Eindringprofil, die Schweißgeschwindigkeit, die mechanischen Eigenschaften sowie die endgültige Schweißqualität.
Die Verwendung des falschen Schutzgases kann zu Porosität, schlechten mechanischen Eigenschaften, Oxidation, Spritzern oder sogar Rissen führen. Schutzgase sind also mehr als nur Hilfsmaterialien – sie sind ein wesentlicher Prozessparameter für jedes Schweißverfahren.
In diesem umfassenden Blogbeitrag wird erläutert, wie die richtigen Schutzgase ausgewählt werden, welche Faktoren dabei zu berücksichtigen sind, welche bewährten Verfahren es gibt und was zu vermeiden ist. Darüber hinaus werden auch Formiergase behandelt. Als primäre Richtlinie für diesen Leitfaden dient die internationale Norm ISO 14175:2008.
Ein Schutzgas erfüllt mehrere Funktionen:
- Schützen Es schützt das Schweißbad vor Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) und Wasserstoff (H₂) in der Umgebungsluft.
- Stabilisieren Es stabilisiert den Lichtbogen.
- Beeinflussen Es beeinflusst die Wärmezufuhr, die Schweißnahtpenetration und die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht.
- Reduzieren Es reduziert Spritzer.
- Verbessern Es verbessert das Aussehens der Schweißnaht.
Die Auswahl des richtigen Gases ist daher kein nebensächliches Detail, sondern ein wesentlicher Bestandteil des Schweißprozesses.
Die Norm ISO 14175:2008 klassifiziert Schutzgase und Gasgemische für das Lichtbogenschweißen und verwandte Verfahren. Diese Norm gewährleistet eine standardisierte Bezeichnung, sodass die Art des Gases unabhängig vom Lieferanten oder Handelsnamen immer eindeutig definiert ist.
reageren niet met het smeltbad. Argon en helium vallen in deze categorie, evenals hun mengsels. Deze gassen worden vooral gebruikt bij TIG-, MIG- en plasmalassen van non-ferrometalen en hooggelegeerde materialen. Kenmerken zijn een zeer stabiele vlamboog, weinig tot geen spatvorming en geen metallurgische beïnvloeding.
bestaan uit argon of helium met gecontroleerde hoeveelheden actieve componenten zoals kooldioxide of zuurstof. Deze mengsels worden hoofdzakelijk toegepast bij MAG-lassen van staalsoorten.
wordt als zuiver gas toegepast bij robuuste staaltoepassingen, waarbij diepe inbranding belangrijker is dan spatarm lassen. Kenmerken van dit beschermgas zijn de diepe inbranding, onstabiele vlamboog en vele spatten.
bevatten waterstof en worden ingezet om de vloeibaarheid van het smeltbad te verbeteren, met name bij austenitisch RVS en nikkellegeringen. Dit gas is niet geschikt voor het lassen van staal i.v.m. het gevaar op waterstofscheuren.
worden vooral gebruikt als backinggas bij duplex en superduplex om de gewenste microstructuur te behouden.
worden niet gebruikt als beschermgassen bij het vlamboog lassen.
zijn gasmengsels die componenten bevatten die niet in de lijst zijn opgenomen of mengsels die buiten de vermelde samenstellingen vallen.
Die vollständige Gruppeneinteilung gemäß ISO 14175:2008 ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.
|
Symbol |
Bestandteile in nominalen Volumenprozenten |
||||||
|
Haupt |
Unter |
Oxidierend |
Inert |
Reduzierend |
Geringe Reaktivität |
||
|
CO2 |
O2 |
Ar |
He |
H2 |
N2 |
||
|
I |
1 |
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|
100 |
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2 |
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|
|
100 |
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3 |
|
|
balance |
0,5 ≤ He ≤ 95 |
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M1 |
1 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
|
balancea |
|
0,5 ≤ H2 ≤ 5 |
|
|
|
2 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
3 |
|
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
balancea |
|
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|
|
|
4 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
balancea |
|
|
|
|
M2 |
0 |
5 < CO2 ≤ 15 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
1 |
15 < CO2 ≤ 25 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
2 |
|
3 < O2 ≤ 10 |
balancea |
|
|
|
|
|
3 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
3 < O2 ≤ 10 |
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|
|
|
|
|
4 |
5 < CO2 ≤ 15 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
|
|
|
|
|
|
5 |
5 < CO2 ≤ 15 |
3 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
6 |
15 < CO2 ≤ 25 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
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|
|
|
|
|
7 |
15 < CO2 ≤ 25 |
3 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
M3 |
1 |
25 < CO2 ≤ 50 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
10 < O2 ≤ 15 |
|
|
|
|
|
|
3 |
25 < CO2 ≤ 50 |
2 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
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|
4 |
5 < CO2 ≤ 25 |
10 < O2 ≤ 15 |
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|
|
|
|
|
5 |
25 < CO2 ≤ 50 |
10 < O2 ≤ 15 |
|
|
|
|
|
C |
1 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
balance |
0,5 < O2 ≤ 30 |
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|
|
|
|
R |
1 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 15 |
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|
|
2 |
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|
|
|
15 ≤ H2 ≤ 50 |
|
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0,5 ≤ N2 ≤ 5 |
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|
3 |
|
|
|
|
|
5 ≤ H2 ≤ 50 |
|
|
4 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 10 |
0,5 ≤ N2 ≤ 5 |
|
|
5 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 50 |
Balance |
|
O |
1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
Z |
Gasgemische, die nicht aufgeführte Bestandteile enthalten, oder Gemische außerhalb der aufgeführten Zusammensetzungsbereiche.b |
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| a Für die Zwecke dieser Klassifizierung kann Argon teilweise oder vollständig durch Helium ersetzt werden | |||||||
| b Zwei Gasgemische mit derselben Z-Klassifizierung sind möglicherweise nicht austauschbar. | |||||||
Meest gebruikte gassen: Argon (I1) - Argon/Helium mengsels (I3)
Bij TIG-lassen wordt vrijwel altijd met inerte gassen gewerkt. Argon is hierbij de standaardkeuze vanwege de stabiele boog en goede ontsteking. Voor dikkere materialen of hogere lassnelheden kan helium worden toegevoegd om de warmte-inbreng te verhogen.
Meest gebruikte gassen: Argon (I1) en Argon/Helium mengsels (I3)
Bij MIG-lassen van aluminium, koper en nikkel wordt eveneens gebruikgemaakt van inerte gassen. Argon is geschikt voor dun materiaal, terwijl Argon/Helium-mengsels voordelen bieden bij grotere materiaaldiktes.
Meest gebruikte gassen: Argon/Kooldioxide mengsels
MAG-lassen onderscheidt zich juist door het gebruik van actieve gasmengsels. Voor on- en laaggelegeerd staal worden argon/CO₂ en argon/O₂ mengsels toegepast. De hoeveelheid actief gas moet zorgvuldig worden gekozen: te veel actief gas verhoogt oxidatie en spatten, terwijl te veel inert gas kan leiden tot een onstabiele vlamboog. Hoe hoger het actieve gas aandeel, hoe hoger de kans op oxidatie en slechtere kerftaaiheid
Um zu verhindern, dass die Rückseite der Schweißnaht (die Schweißnahtwurzel) durch Kontakt mit Luftsauerstoff oxidiert, muss beim Schweißen bestimmter Stahlsorten ein Schutzgas auf die Wurzelseite aufgebracht werden. Dieses wird als Wurzelschutzgas / Formiergas bezeichnet. Wenn die Schweißnaht oder das Grundmaterial an der Wurzel oxidiert, verringern sich die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Verbindung erheblich. Zusätzlich zum Oxidationsschutz sorgt das Rückseitenschutzgas für eine glatte, hochwertige Wurzelpenetration.
Häufig verwendete Formiergase
- Argonam (häufigsten verwendet)
- Argon/Wasserstoff-Gemische
- Stickstoff/Wasserstoff-Gemische (eingeschränkte Anwendbarkeit)
Stickstoff/Wasserstoff-Gemische werden häufig verwendet, da sie relativ kostengünstig sind. Der Wasserstoffgehalt liegt in der Regel zwischen 5 % und 20 %. Bei wasserstoffempfindlichen Edelstählen wie Duplex- und martensitischen Edelstählen dürfen jedoch keine wasserstoffhaltigen Schutzgase verwendet werden. Wenn der Wasserstoffgehalt 10 % übersteigt, muss das austretende Gas aufgrund der Explosionsgefahr abgefackelt werden.
Um einen ausreichenden Schutz der Wurzel zu gewährleisten, ist eine ausreichende Spülzeit erforderlich, um den Sauerstoffgehalt so weit wie möglich zu reduzieren. Dieser muss vor dem Schweißen ausreichend niedrig sein und während des Prozesses stabil bleiben (unter 50 ppm, bei Edelstahl oft unter 20 ppm), um eine Oxidation oder das Ausbrennen von Legierungselementen zu verhindern. Zusätzlich muss stets ein kontrollierter Gasauslass vorhanden sein, um Überdruck und Gaseinschlüsse zu verhindern.
Eine Oxidation auf der Wurzelseite ist an einer Verfärbung zu erkennen, die von hellbraun bis blau reicht. Diese Verfärbung tritt bereits bei sehr geringen Sauerstoffmengen auf.
Bei der Verwendung von Argon oder einer Argon/Wasserstoff-Mischung ist zu beachten, dass diese Gase schwerer als Luft sind. Beim horizontalen Schweißen von Rohren kann Luft an der Oberseite (12-Uhr-Position) eingeschlossen bleiben. Umgekehrt sind Stickstoff/Wasserstoff-Gemische leichter als Luft, was zu dem gegenteiligen Effekt führen kann.
Das Bild unten veranschaulicht den Grad der Verfärbung (Wärmeverfärbung) an der Innenseite von austenitischen Edelstahlrohren, kategorisiert gemäß der Norm AWS D18.2. Diese Stufen geben Aufschluss über die Qualität der Spülung und die daraus resultierende Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht.
Für das MAG-Schweißen von unlegierten und niedriglegierten Stählen werden am häufigsten Argon/CO₂-Gemische verwendet. Gemische mit einem CO₂-Anteil von etwa 15 % bis 18 % bieten ein ideales Gleichgewicht zwischen Eindringtiefe und Produktivität. Für höhere Qualitätsanforderungen und verbesserte Zähigkeit werden Gemische mit niedrigeren CO₂- oder O₂-Konzentrationen verwendet. Für das WIG-Schweißen ist Argon die Standardwahl, möglicherweise ergänzt durch Argon als Schutzgas.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| MAG | M21 | Ar + 18 - 20% CO₂ | Standard Konstruktion, guter Einbrand |
| MAG | M20 | Ar + 8 - 15% CO₂ | wenig Spritzer, besseres Schweißen Nahtaussehen |
| MAG | M12 | Ar + ≤2% CO₂ | geringe Blechdicke, höhere Schweißqualität |
| MAG | M13 | Ar + 1 - 3% O₂ | Sehr stabiler Lichtbogen |
| MAG | C1 | 100% CO₂ | Tiefer Einbrand viel Schweißspritzer, rraue Optik / Schuppung |
| TIG | I1 | 100% Ar | Wurzel und Rohrschweißung |
| Formieren | I1 | 100% Ar | Schutz vor Durchbrennen während WIG/MAG |
Nicht empfohlen: Wasserstoffhaltige Gase, hoher O₂-Gehalt (>3 %) für Anforderungen an die Schlagzähigkeit
Austenitischer Edelstahl erfordert eine sorgfältige Gasauswahl. Beim MIG/MAG-Schweißen sind geringe Mengen an Aktivgas zulässig, während beim WIG-Schweißen häufig Argon oder Argon mit einem geringen Zusatz von Wasserstoff verwendet wird, um eine gleichmäßige Eindringtiefe zu gewährleisten. Bei diesen Anwendungen sind fast immer Schutzgase erforderlich.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| TIG | I1 | 100% Ar | Standard TIG / WIG- schweißen |
| TIG | R1 | Ar + 2 - 5% H₂ | Verbesserte Eindringtiefe und gleichmäßiger Einbrand |
| MIG/MAG | M12 | Ar + 1 - 2% CO₂ | Geringe Oxidation, Gute Mechanische Gütewerte |
| MIG/MAG | M13 | Ar + 1 - 2% O₂ | Sehr stabiler Lichtbogen |
| Formieren | I1 | 100% Ar | Beste Qualität Wurzellage |
| Formieren | N5 | N₂ + 5 - 10% H₂ | Wurzel und Rohrschweißung |
Nicht empfohlen: - 100 % CO₂ - Hoher Anteil an aktiven Gasen
Bei Duplex- und Super-Duplex-Edelstählen spielt die Mikrostruktur eine entscheidende Rolle. Stickstoffhaltige Schutz- und Begleitgase tragen dazu bei, das richtige Gleichgewicht zwischen Austenit und Ferrit aufrechtzuerhalten. Wasserstoffhaltige Gemische dürfen nur verwendet werden, wenn sie ausdrücklich qualifiziert und zugelassen sind.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| TIG | I1 / N2 | 100% Ar | Stabiles Austenit/ Ferrit-Gleichgewicht |
| MIG/MAG | M12 + N₂ | Ar of Ar + 1 - 3% N₂ | Mikrostruktur erhalten |
| Formieren | N1 | Ar + 1 - 2% CO₂ + N₂ | Fördert die Austenitbildung |
| Formieren | N5 | N₂ + max. 5% H₂ | Nur wenn die WPS es erlaubt |
Nicht empfohlen: - Wasserstoffreiche Gemische ohne Verfahrensqualifizierung
Aluminium und Aluminiumlegierungen werden ausschließlich mit Inertgasen geschweißt. Die Verwendung von aktiven Gasen oder Stickstoff führt unweigerlich zu Schweißfehlern und ist daher strengstens untersagt.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| TIG | I1 | 100% Ar | Dünne und mittlere Materialdicken |
| TIG | R1 | Ar + He | Dicke Materialstärke , hohe Wärmeenergie |
| MIG | I1 / I3 | 100% Ar | Standard MIG Aluminium |
| MIG | I1 | Ar + 30 - 70% He | Höhere Schweißgeschwindigkeit, Tiefer Einbrand |
Not recommended: - Active gases (CO₂, O₂) - Nitrogen
Nickel und Nickellegierungen werden in der Regel mit Argon oder Argon/Helium-Gemischen geschweißt. Zur Verbesserung der Fließfähigkeit können geringe Mengen Wasserstoff zugesetzt werden, sofern das Grundmaterial damit kompatibel ist.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| TIG | I1 | 100% Ar | Standard Anwendung |
| TIG | R1 | Ar + 2 - 5% H₂ | Verbesserte Fließfähigkeit |
| MIG | I1 / I3 | Ar of Ar/He | Dickeres Material |
| Formieren | I1 | 100% Ar | Wurzelschutz |
Für Stahlsorten mit hohen Anforderungen an die Schlagzähigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, werden niedrigaktive Gasgemische bevorzugt. Dies trägt dazu bei, die Aufnahme von Sauerstoff und die Bildung spröder Schweißstrukturen zu vermeiden.
| Schweiß- prozess |
ISO Group |
Typische Zusammensetzung |
Anwendung/ Wissenswertes |
| MAG | M12 | Ar + ≤2% CO₂ | Low oxygen uptake |
| TIG | M13 | Ar + 1% O₂ | Good toughness |
| MIG | I1 | 100% Ar | Base layers |
Not recommended: M21 and higher for strict impact toughness requirements
The set gas flow rate deserves extra attention. A flow rate that is too low provides insufficient protection, while a flow rate that is too high causes turbulence, which can actually draw in ambient air. As a rule of thumb, flow rates typically range between 6 and 12 l/min for TIG welding and 12 to 20 l/min for MIG/MAG welding, depending on the gas cup diameter, environment, and welding position.
Environmental factors such as drafts and wind significantly impact the effectiveness of the shielding gas. In these situations, shielding by means of a welding tent or adjustments to the setup is necessary.
The quality of the gas delivery system also plays a crucial role. Leaking couplings, contaminated hoses, or unsuitable pressure regulators can severely disrupt the gas protection.