Warum Edelstahl ein eigenes Schutzgas braucht
Weil Kohlenstoff und Sauerstoff aus dem Gas die Korrosionsbeständigkeit der Naht senken. Beim MAG-Schweißen nichtrostender Stähle nimmt man deshalb Argon mit nur wenigen Prozent CO₂ oder O₂, nicht das übliche Mischgas für Baustahl.
Ganz ohne aktive Anteile geht es beim MAG-Schweißen aber auch nicht: Etwas CO₂ oder O₂ stabilisiert den Lichtbogen und verbessert das Fließen des Schmelzbads. Die Grenzen sind eng:
- CO₂ gibt Kohlenstoff an das Schweißgut ab. Bis etwa 3 % gilt das nach DVS 0931 im Allgemeinen als unkritisch. Mehr CO₂ kann das Schweißgut für interkristalline Korrosion empfindlich machen, besonders bei L-Güten, siehe Was Edelstahl nichtrostend macht.
- Sauerstoff bringt keinen Kohlenstoff, oxidiert aber die Naht. Höhere Gehalte wie 8 % sind metallurgisch unbedenklich, hinterlassen aber eine stark oxidierte Oberfläche, die nachgearbeitet werden muss.
- Beide verschieben das Gefüge zum Austenit: O₂ durch Abbrand von Chrom, CO₂ durch Kohlenstoff. Das senkt den Ferritgehalt, siehe Gefüge, Deltaferrit und Heißrisse.
Die Gasgruppen nach ISO 14175
Schutzgase sind in ISO 14175 nach ihren Bestandteilen in Gruppen eingeteilt. Für nichtrostende Stähle sind vor allem die inerten Gase (I), die schwach oxidierenden Mischgase der Gruppe M1, die reduzierenden Ar-H₂-Gemische (R) und die stickstoffhaltigen Gase (N) wichtig.
| Gruppe | Zusammensetzung | Einsatz bei Edelstahl |
|---|---|---|
| I1 | Argon | WIG, Plasma, Wurzelschutz; alle Werkstoffe |
| I3 | Argon + 0,5 bis 95 % Helium | WIG, MIG; mehr Energie und Einbrand |
| M12 | Argon + 0,5 bis 5 % CO₂ | MAG mit Massiv- und Metallpulverdraht |
| M13 | Argon + 0,5 bis 3 % O₂ | MAG mit Massiv- und Metallpulverdraht |
| M11, M14 | wie M12, zusätzlich H₂ (M11) oder O₂ (M14) | MAG, Sondergemische |
| M21 | Argon + 15 bis 25 % CO₂ | schlackeführender Fülldraht |
| R1 | Argon + 0,5 bis 15 % H₂ | WIG und Plasma an Austeniten, Wurzelschutz |
| N2 | Argon + 0,5 bis 5 % N₂ | WIG an Duplex, Wurzelschutz |
| N5 | Stickstoff + 0,5 bis 50 % H₂ („Formiergas“) | Wurzelschutz |
Gruppen nach ISO 14175:2008, Tabelle 2. In den M-Gruppen darf Argon ganz oder teilweise durch Helium ersetzt werden. Bei abnahmepflichtigen Schweißungen muss die Kombination aus Draht und Gas zugelassen sein.
MAG mit Massivdraht und Metallpulver-Fülldraht
Bewährt sind Gase der Gruppe M1: Argon mit 1 bis 3 % O₂ (M13) oder mit bis zu 2,5 % CO₂ (M12), auch als Dreikomponentengas mit beiden (M14). Metallpulver-Fülldraht braucht dieselben Gase wie Massivdraht.
- Helium statt eines Teils des Argons macht das Schmelzbad dünnflüssiger und verbessert den Einbrand. Das hilft bei dickeren Blechen und höheren Geschwindigkeiten.
- Wasserstoff in kleinen Mengen (M11) kommt nur für austenitische Stähle in Frage, nie für ferritische und Duplexstähle.
- Für Nickelbasis-Zusätze nimmt man inerte Gase oder Mehrkomponentengase mit Helium oder Wasserstoff, teils mit nur etwa 0,05 % CO₂ zur Stabilisierung. Hier gelten die Angaben der Hersteller.
Schlackeführender Fülldraht: normales Mischgas
Schlackeführende Fülldrähte für Edelstahl werden mit denselben Gasen geschweißt wie Fülldraht für Baustahl, bevorzugt mit Argon und 15 bis 25 % CO₂ (M21), auch mit reinem CO₂.
Die Pulverfüllung ist so abgestimmt, dass das Schweißgut auch bei hohen CO₂-Gehalten keinen schädlichen Kohlenstoff aufnimmt. Das ist der Unterschied zum Massivdraht, für den diese Gase nicht taugen.
WIG und Plasma: Argon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff
Standard für das WIG-Schweißen ist reines Argon. Helium und Wasserstoff bringen mehr Energie ins Bauteil; nach einem Forschungsvorhaben der TU Dresden lässt sich damit die Schweißgeschwindigkeit gegenüber reinem Argon verdoppeln bis verdreifachen.
- Argon-Helium (I3): breiterer, heißerer Lichtbogen, mehr Einbrand. Bei langem Lichtbogen sinkt der Lichtbogendruck, was bei dünnflüssigen Bädern hilft.
- Argon-Wasserstoff (R1): eingeschnürter, heißer Lichtbogen, schneller, und der Wasserstoff bindet Sauerstoff, die Naht bleibt blanker. Nur für austenitische Stähle, vor allem beim mechanisierten Schweißen. Für ferritische und Duplexstähle ungeeignet, weil Wasserstoff sie verspröden kann.
- Argon-Stickstoff (N2): verfahrenstechnisch fast ohne Wirkung, metallurgisch aber wichtig: 1 bis 3 % Stickstoff sorgen bei Duplex für genug Austenit im Schweißgut. Zu viel Stickstoff macht Poren und Chromnitride.
Beim Plasmaschweißen dient Argon als Plasmagas, bei Austeniten mit wenig Wasserstoff. Als äußeres Schutzgas nimmt man meist Argon-Wasserstoff.
Die Gaskosten machen nach derselben Untersuchung nur 1 bis 2 % der Kosten einer Schweißnaht aus. Ein teureres Gemisch, das schneller schweißt, rechnet sich deshalb oft.
Welches Gas für welchen Werkstoff?
Die Übersicht fasst die Empfehlungen aus DVS 0931, DVS 0946 und DVS 0937 zusammen. Grundregel: Wasserstoff nur für austenitische Stähle, Stickstoff für Duplex, für ferritische Stähle nur Argon-basierte Gase ohne beides.
| Werkstoff | MAG | WIG | Wurzelschutz |
|---|---|---|---|
| Austenitisch (1.4301, 1.4404 …) | M12 oder M13, auch mit Helium | Argon, Ar-He, Ar-H₂ | Argon, Ar-H₂, Formiergas, Stickstoff; bei Ti-stabilisierten Stählen kein N₂ |
| Ferritisch (1.4016, 1.4512 …) | M12 oder M13 | Argon, Ar-He | Argon |
| Duplex, Superduplex | M12, auch mit Helium und 1 bis 3 % N₂; kein H₂ | Argon, Ar-He, jeweils mit 1 bis 3 % N₂; kein H₂ | Argon, Stickstoff, Ar-N₂; H₂ nur bedingt |
| Vollaustenitisch, Nickelbasis | Ar-He-Gemische, teils mit wenig H₂ oder CO₂ | Argon, Ar-He, Ar-H₂ | Argon, Ar-H₂, Formiergas |
Vereinfachte Übersicht. Für Duplexstähle gilt DVS 0946, für den Wurzelschutz DVS 0937. Stickstoff im Wurzelschutzgas erzeugt auf titanstabilisierten Stählen wie 1.4571 goldgelbe Beläge aus Titannitrid.
Einzelheiten zum Formieren: Wurzelschutz und Formieren, zu Duplex: Duplex und Superduplex.
Guter Gasschutz in der Praxis
Das beste Gas hilft nicht, wenn Luft in die Gasglocke gerät. Bei Edelstahl zeigt sich schlechter Gasschutz sofort als Anlauffarbe, Oxid oder Pore.
- Kurzer Lichtbogen: Ein langer Lichtbogen saugt Luft an. Der Stickstoff senkt den Ferritgehalt, der Sauerstoff oxidiert.
- Zugluft vermeiden, Gasdüse sauber und spritzerfrei halten, Gasmenge zur Düse passend einstellen. Zu viel Gas verwirbelt und zieht ebenfalls Luft an.
- Dichte, trockene Gasleitungen: Schläuche aus PVC nehmen Feuchtigkeit auf und geben sie lange an das Gas ab. Für hohe Ansprüche gibt es diffusionsarme Spezialschläuche, noch besser sind feste Leitungen aus Edelstahlrohr. Schnellkupplungen in der Zuleitung möglichst vermeiden.
- Schleppgasdüsen schützen die abkühlende Naht hinter dem Schmelzbad. Damit lassen sich Anlauffarben auf der Oberseite stark verringern oder ganz vermeiden, und Beizen oder Schleifen entfällt oft.
Was mit Anlauffarben zu tun ist, steht unter Anlauffarben, Beizen, Passivieren.
Häufige Fragen
Kann ich Edelstahl mit Argon/CO₂ 82/18 schweißen?
Mit Massivdraht nicht: Der hohe CO₂-Anteil kohlt das Schweißgut auf und mindert die Korrosionsbeständigkeit. Mit schlackeführendem Fülldraht ist dieses Gas dagegen üblich.
Kann ich zum MIG-Schweißen von Edelstahl reines Argon nehmen?
Beim Massivdraht nicht zu empfehlen. Ohne einen kleinen aktiven Anteil brennt der Lichtbogen unruhig, und das Schmelzbad fließt schlecht. Reines Argon ist das Gas für WIG, Plasma und Wurzelschutz.
O₂ oder CO₂ im MAG-Gas?
Beides ist üblich. Mit CO₂ bis etwa 3 % ist die Oberfläche weniger oxidiert, mit O₂ fällt die Kohlenstoffaufnahme weg. Für die meisten Anwendungen sind beide Varianten gleichwertig.
Lohnt sich Helium?
Bei dickeren Blechen, höheren Geschwindigkeiten und beim mechanisierten Schweißen oft. Das Gas ist teurer, macht aber nur einen kleinen Teil der Nahtkosten aus.
Weiterlesen: Fachbeiträge zum Schweißen nichtrostender Stähle
Die Reihe vom Werkstoff über Verfahren, Gas und Nahtschutz bis zur geprüften Naht. Den Überblick gibt die Seite Schweißen nichtrostender Stähle.
- Was Edelstahl nichtrostend macht
- Gefüge, Deltaferrit und Heißrisse
- Den Schweißzusatz wählen
- Verfahren im Überblick
- Wärmeeinbringung und Zwischenlagentemperatur
- Nahtvorbereitung und Heften
- Wurzelschutz und Formieren
- Anlauffarben, Beizen, Passivieren
- Duplex und Superduplex
- Edelstahl mit unlegiertem Stahl verbinden
- Nahtfehler und Korrosionsschäden
- Prüfung und Arbeitsschutz
Über den Autor
Robert Lahnsteiner, Ing., ist Schweißfachingenieur (SFI/IWE) und Geschäftsführer der MIGAL.CO GmbH. Nach seiner Ausbildung in Nachrichtentechnik und Elektronik an der HTL Braunau arbeitete er ab 1983 achtzehn Jahre bei Fronius in der Schweißtechnik. Seit 2001 führt er MIGAL.CO, den Hersteller von Aluminium-Schweißdraht in Landau an der Isar, gemeinsam mit Martin Erl. Seine Schwerpunkte sind Aluminium-Schweißzusätze, Drahtfertigung und Drahtförderung sowie die Überwachung von Schweißprozessen. Im DVS arbeitet er seit rund 30 Jahren im Fachausschuss FA03 „Lichtbogenschweißen“ mit und ist Obmann der Arbeitsgruppe 2.4.4 „MIG-Schweißen von Aluminium“.