Welche Verfahren gibt es für nichtrostende Stähle?

Fast alle, die man vom Baustahl kennt. Austenitische und ferritische nichtrostende Stähle lassen sich mit denselben Schmelz- und Pressschweißverfahren und denselben Anlagen fügen wie unlegierte Stähle. Nur das Gasschmelzschweißen kommt nicht in Frage.

In der Fertigung dominieren das MAG-Schweißen mit Massiv- oder Fülldraht und das WIG-Schweißen. Plasma- und Laserstrahlschweißen sind die mechanisierten Verfahren für hohe Stückzahlen, das Lichtbogenhandschweißen hat seinen Platz auf der Baustelle, das Unterpulverschweißen bei dicken Blechen.

Verfahren (ISO 4063) Typischer Bereich Stärken Grenzen
MAG mit Massivdraht (135) dünne bis dicke Bleche, Werkstatt und Roboter hohe Abschmelzleistung, gut mechanisierbar, mit Impulslichtbogen auch dünn und in Zwangslage Gas mit wenig O₂ oder CO₂ nötig; Kurzlichtbogen spritzt
MAG mit Fülldraht (136, 138) mittlere und große Wanddicken wenig Spritzer, flache Nähte; Rutil-Fülldraht für Zwangslagen, Metallpulver für Mehrlagen am Roboter Schlacke entfernen (136); 4-Rollen-Antrieb
WIG (141, ohne Zusatz 142) dünne Bleche, Rohre, Wurzellagen höchste Nahtgüte, alle Positionen, sehr sauber, ohne Spritzer langsam, geringe Abschmelzleistung
Plasma (15) Mikroplasma bis 1 mm, Stichloch bis etwa 10 mm im I-Stoß schnell, schmale Naht und Wärmeeinflusszone, wenig Verzug genaue Nahtvorbereitung, Vorrichtung und Fahrwerk nötig
Lichtbogenhand (111) Baustelle, Montage, Reparatur einfache Ausrüstung, im Freien, alle Positionen, wenig Wärme je Raupe langsam, Schlacke, Elektroden trocken halten
Laserstrahl (52) Faserlaser etwa 0,2 bis 4 mm, CO₂-Laser bis etwa 15 mm sehr schmale Naht, kaum Verzug, schnell, gut automatisierbar enge Spalte, genaue Kanten; Duplex: wenig Austenit
Unterpulver (12) dicke Bleche, lange Nähte sehr hohe Abschmelzleistung, glatte Nähte nur Wannen- und Horizontalposition, hohe Wärmeeinbringung

Richtwerte nach ISER-Merkblatt 823 (2019) und DVS 0931. Die Grenzen hängen von Werkstoff, Nahtform und Anlage ab.

MAG-Schweißen: das Arbeitspferd

Beim MSG-Schweißen nichtrostender Stähle wird fast ausschließlich MAG geschweißt, mit einem argonreichen Gas, das nur wenig Sauerstoff oder CO₂ enthält. Mehr CO₂ bringt Kohlenstoff ins Schweißgut und mindert die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion.

Geschweißt wird mit Gleichstrom, Drahtelektrode am Pluspol, mit Drähten von 0,8 bis 1,6 mm. Je nach Aufgabe wählt man die Lichtbogenart:

  • Sprühlichtbogen für Wannen- und Horizontalposition: feintropfig, kurzschlussfrei, kaum Spritzer, hohe Leistung.
  • Kurzlichtbogen für dünne Bleche, Wurzellagen und Zwangslagen, wenn wenig Wärme gefragt ist. Nachteile: festhaftende Spritzer und eine überhöhte Raupe.
  • Impulslichtbogen: wenig Wärme bei ruhigem, spritzerarmem Werkstoffübergang. Damit lassen sich dünne Bleche ebenso schweißen wie dicke, auch in Zwangslage. Für nichtrostende Stähle ist er oft die beste Wahl.

Für die Brennerführung gilt nach DVS 0931:

  • Den Lichtbogen so kurz wie möglich halten. Ein langer Lichtbogen lässt mehr Chrom abbrennen und nimmt Stickstoff aus der Luft auf, der den Ferritgehalt senkt.
  • Massivdraht leicht stechend bis neutral führen, mit möglichst kurzem freien Drahtende. Das verbessert Benetzung und Einbrand.
  • Metallpulver-Fülldraht mit bis zu 5 mm längerem freien Drahtende schweißen, schlackeführenden Fülldraht leicht schleppend und im Sprühlichtbogen.

Die passenden Gase zeigt Schutzgase, die Wahl des Drahtes Den Schweißzusatz wählen.

Fülldraht: Massivdraht oder Fülldraht?

Fülldrähte schweißen mit wenig Spritzern, die Raupen fließen flach und kerbfrei an. Sie lassen sich auf jedem üblichen MSG-Gerät verarbeiten.

  • Schlackeführend, rutil (136): weicher Lichtbogen, geringer Einbrand, leicht abhebende Schlacke. Mit schnell erstarrender Schlacke für alle Positionen, mit langsam erstarrender für Wanne und Horizontale. Geschweißt im Sprüh- oder Kurzlichtbogen, nicht mit Impuls, unter Argon mit O₂ oder CO₂.
  • Metallpulver (138): keine Schlacke, hohe Abschmelzleistung und tiefer Einbrand. Gut für das vollmechanisierte Mehrlagenschweißen, Gase wie beim Massivdraht.

Fülldraht ist weicher als Massivdraht und kann sich unter dem Druck der Förderrollen verformen. Deshalb braucht man mindestens einen 4-Rollen-Antrieb und wenig Anpressdruck.

WIG-Schweißen: für dünne Bleche, Rohre und Wurzeln

WIG ist das Verfahren für die höchste Nahtgüte: dünne Bleche, Rohrleitungen, Wurzellagen und alle Positionen. Geschweißt wird mit Gleichstrom, Wolframelektrode am Minuspol, unter Argon.

Für austenitische Stähle kann man bei mechanisiertem Schweißen Argon mit etwas Wasserstoff nehmen, um schneller zu schweißen. Für ferritische und Duplexstähle gilt das nicht, siehe Schutzgase.

Bis etwa 3 mm Blechdicke lassen sich die Standard-Austenite 1.4301, 1.4307, 1.4541, 1.4401, 1.4404 und 1.4571 auch ohne Zusatz verbinden (Prozess 142). Die höher legierten Sorten wie 1.4435, 1.4439, 1.4539 und der Duplexstahl 1.4462 werden dagegen mit Zusatz geschweißt. Bei Duplex bliebe ohne Zusatz zu viel Ferrit im Schweißgut.

Plasmaschweißen: schnell und schmal

Der Plasmalichtbogen ist durch eine Düse stark eingeschnürt und hat eine viel höhere Energiedichte als der WIG-Lichtbogen. Er wird fast nur mechanisiert eingesetzt.

  • Mikroplasma für Folien und Bleche bis etwa 1 mm, mit Strömen ab wenigen Ampere.
  • Stichlochschweißen: Der Plasmastrahl sticht durch das Blech, das Schmelzbad schließt sich dahinter. Bleche bis etwa 10 mm werden so als I-Stoß in einer Lage durchgeschweißt. Dickere Bleche bekommen eine Y-Naht mit etwa 5 mm Steg, der Rest wird mit anderen Verfahren gefüllt.

Meist wird ohne Zusatz geschweißt. Ist der Spalt breiter als das 0,08-Fache der Blechdicke, braucht man Draht. Als Plasmagas dient Argon, bei Austeniten mit wenig Wasserstoff, als äußeres Schutzgas meist Argon-Wasserstoff.

Lichtbogenhandschweißen: auf der Baustelle

In der Werkstatt hat die Stabelektrode an Bedeutung verloren, auf der Baustelle ist sie unverzichtbar: einfache Ausrüstung, unempfindlich gegen Wind, alle Positionen, wenig Wärme je Raupe.

  • Rutilumhüllte Elektroden schweißen feintropfig mit glatter, flacher Naht und leicht lösbarer Schlacke, an Gleich- und Wechselstrom. Sie werden am häufigsten verwendet.
  • Basisch umhüllte Elektroden laufen nur an Gleichstrom (Pluspol), lassen sich gut in Zwangslagen schweißen und überbrücken Spalte gut, deshalb oft für Wurzeln.
  • Weil der hochlegierte Kernstab einen höheren elektrischen Widerstand hat, schweißt man mit kleinerem Strom als bei Baustahlelektroden und mit kurzem Lichtbogen.
  • Feuchte Umhüllungen verursachen Poren und bei ferritischen und Duplexstählen Kaltrisse. Elektroden nach Herstellerangabe rücktrocknen und aus dem Köcher verarbeiten, für Duplex auch die rutilumhüllten.

Laserstrahlschweißen: schmal, schnell, verzugsarm

Der Laser schmilzt das Metall eng begrenzt auf und erzeugt eine Dampfkapillare, die tief ins Blech reicht. Die Nähte sind sehr schmal, die Wärmeeinflusszone ebenso, und der Verzug ist gering.

  • Faserlaser mit etwa 100 W bis 10 kW für Bleche von 0,2 bis etwa 4 mm, robotergeführt über Glasfaser. CO₂-Laser bis etwa 25 kW für 1 bis rund 15 mm, mit Spiegeln geführt.
  • Ohne Zusatz darf der Spalt höchstens ein Zehntel der Blechdicke betragen, bei dickeren Blechen nicht mehr als den halben Fokusdurchmesser. Mit Zusatzdraht geht mehr Spalt, die Geschwindigkeit sinkt aber um etwa ein Drittel.
  • Bei höher legierten Stählen drohen Mittelnahtrisse. Abhilfe schaffen ein geeigneter Zusatzdraht und äußerste Sauberkeit, schon wenig Schwefel genügt für Heißrisse.
  • Bei Duplex bildet sich wegen der schnellen Abkühlung wenig Austenit. Beim Standard-Duplex 1.4462 wurden in 10 mm dicken Blechen trotzdem ausreichende Kerbschlagwerte ohne Wärmebehandlung erreicht.

Warum die Gefügediagramme beim Laser nicht mehr stimmen, steht unter Gefüge, Deltaferrit und Heißrisse.

Unterpulverschweißen: für dicke Bleche

Unterpulver lohnt sich bei dicken Blechen und langen Nähten, etwa im Behälter- und Apparatebau. Geschweißt wird nur in Wannen- und Horizontalposition, mit Drähten von 1,2 bis 4 mm am Pluspol.

Die Stromstärke liegt etwa 10 bis 20 % unter der für unlegierte Stähle. Drähte sind in ISO 14345, Pulver in ISO 14174 genormt. Für Duplexstähle haben sich basische Pulver vom Typ AF bewährt.

Welches Verfahren für welche Aufgabe?

Die Wahl folgt aus Blechdicke, Stückzahl, Position und Anspruch an die Oberfläche.

  • Dünnblech bis 3 mm, Sichtnähte, Lebensmittel und Pharma: WIG, in Serie Plasma oder Laser.
  • Rohrleitungen: WIG, oft orbital; Wurzel WIG, Füll- und Decklagen MAG oder E-Hand.
  • Behälter, Gestelle, Konstruktionen von 2 bis 20 mm: MAG mit Impulslichtbogen, bei dickeren Blechen Fülldraht.
  • Zwangslagen in der Werkstatt: MAG-Impuls oder Rutil-Fülldraht mit schnell erstarrender Schlacke.
  • Baustelle, Montage, Reparatur: Lichtbogenhand, bei Windschutz auch WIG.
  • Große Wanddicken, lange Längs- und Rundnähte: Unterpulver oder Metallpulver-Fülldraht.

Massivdrähte für MAG: 308LSi, 316LSi und alle weiteren unter Edelstahl-Schweißdraht.

Häufige Fragen

Kann ich Edelstahl mit dem üblichen Mischgas 82/18 schweißen?

Mit Massivdraht nicht. 18 % CO₂ bringen zu viel Kohlenstoff ins Schweißgut und verschlechtern die Korrosionsbeständigkeit. Für Massivdraht nimmt man Argon mit 1 bis 3 % O₂ oder höchstens 2,5 % CO₂. Schlackeführende Fülldrähte sind dagegen für Argon-CO₂-Gemische ausgelegt.

Braucht man für Edelstahl ein anderes Schweißgerät?

Nein. Die Anlagen sind dieselben wie für Baustahl. Ein Gerät mit Impulslichtbogen erleichtert das MAG-Schweißen dünner Bleche aber deutlich.

Kann man Edelstahl WIG ohne Zusatz schweißen?

Bei Standard-Austeniten bis etwa 3 mm ja. Höher legierte Sorten und Duplexstähle brauchen Zusatz, Duplex ohne Zusatz nur mit anschließendem Lösungsglühen.

Wechselstrom oder Gleichstrom beim WIG-Schweißen?

Gleichstrom, Elektrode am Minuspol. Wechselstrom braucht man beim WIG-Schweißen nur für Aluminium und Magnesium.

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“.

Mehr über den Autor · LinkedIn