Wurzelschutz und Formieren bei Edelstahl: Gase, Spültechnik, Vorspülzeit

Von Robert Lahnsteiner, Schweißfachingenieur (SFI/IWE) · Stand: November 2026

Auf der Rückseite der Naht hat das heiße Metall Kontakt mit Luft. Ohne Schutzgas entstehen dort Anlauffarben und Zunder, und die Korrosionsbeständigkeit sinkt. Beim Formieren wird die Luft an der Wurzel durch ein Wurzelschutzgas ersetzt.

Besonders wichtig ist das, wenn die Wurzel später nicht mehr erreichbar ist, etwa in Rohrleitungen. Dort lassen sich Anlauffarben weder schleifen noch beizen. Nach DVS 0931 muss die Wurzel dann auch beim MAG-Schweißen geschützt werden. Bei mehrlagigen Nähten empfiehlt es sich, den Schutz über die Wurzellage hinaus aufrechtzuerhalten, weil auch die Folgelagen die Wurzel wieder erhitzen.

Nicht jede Anlauffarbe schadet gleich: Gelb mindert die Beständigkeit wenig, Rot und Grau deutlich. Weil beim Schweißen immer ein Temperaturgefälle besteht, liegt neben Blau praktisch immer auch Rot. Mehr dazu unter Anlauffarben, Beizen, Passivieren.

„Formiergas“ heißt genau genommen nur das Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff. Allgemein spricht man von Wurzelschutzgas.

Argon passt immer. Stickstoff und wasserstoffhaltige Gase sind günstiger oder schützen besser, eignen sich aber nicht für jeden Werkstoff.

Zusammengefasst nach DVS 0937 und DVS 0931. Der Wasserstoffgehalt liegt bei Wurzelschutzgasen höchstens bei 25 %.

• Wasserstoff bindet Sauerstoff und schützt dadurch besser vor Anlauffarben als ein Gas ohne Wasserstoff. Ungeeignet ist er für gasempfindliche Werkstoffe wie Titan und für Feinkornbaustähle ab 420 MPa Streckgrenze. Für ferritische und martensitische Stähle ist er nur bedingt geeignet.
• Duplex lässt sich vorteilhaft mit stickstoffhaltigem Gas formieren, das verbessert Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wasserstoffhaltige Gase gehen nur mit höchstens 10 % H₂, besser 5 %, und nur ohne Spalt, damit kein Wasserstoff in den Lichtbogen gelangt.
• Titanstabilisierte Stähle wie 1.4571 bekommen mit stickstoffhaltigem Gas einen goldgelben Belag aus Titannitrid auf der Wurzel. Er liegt nur auf der Naht, nicht daneben, und unterscheidet sich so von einer Anlauffarbe. Ein Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit ist nicht bekannt. Wer verfärbungsfreie Nähte braucht, nimmt hier Argon oder Argon-Wasserstoff.
• Kosten: Ist ohnehin Argon aus dem Tank über eine Ringleitung da, spricht nichts dagegen, es auch zum Formieren zu nehmen, solange es zum Werkstoff passt.

Die Schutzgase für den Lichtbogen: Schutzgase.

Die Aufgabe klingt einfach: ein abgegrenztes Luftvolumen durch Schutzgas ersetzen. Schwierig machen es Verwirbelung und Vermischung. Gut ist eine Spülung, die den geforderten Restsauerstoff sicher erreicht, mit wenig Gas und Zeit, und die niemanden gefährdet.

Dichte beachten

Argon und Argon-Wasserstoff sind schwerer als Luft, Stickstoff und Formiergas leichter. Schwere Gase leitet man unten ein und lässt oben entlüften, leichte umgekehrt. Bei großen Behältern entscheidet das über Erfolg und Gasverbrauch. In kleinen Rohren mit Formiervorrichtung spielt die Dichte kaum eine Rolle.

Weniger ist oft mehr

Doppelte Gasmenge heißt nicht halbe Spülzeit. Zu viel Gas wirbelt die Luft auf und macht aus der Verdrängung eine Verdünnung. Oft spült ein kleinerer, ruhiger Gasstrom schneller.

Je kleiner das gespülte Volumen, desto schneller und sparsamer die Spülung. Formiervorrichtungen begrenzen den Raum auf die Umgebung der Naht.

• Gasbrause von Hand hinter der Naht geführt, bei Behältern und zugänglichen Rohren.
• Absperrballons, Abdeckmanschetten oder Formierkammern für längere Rohrleitungen; Rohrstopfen an beiden Enden für kurze Rohre.
• Diffusoren aus Sintermetall oder ein Knäuel Edelstahlwolle bremsen das einströmende Gas und verhindern Verwirbelung. Sie müssen trocken und sauber bleiben, sonst tragen sie Feuchtigkeit ins Gas.
• Eine eigene Gasaustrittsöffnung ist Pflicht. Entweicht das Gas nur durch den Spalt, fällt die Wurzel ein, und beim Schließen der Rundnaht kann das flüssige Metall ausgeblasen werden. Die Öffnung so bemessen, dass nur leichter Überdruck entsteht.
• Wasserlösliches Formierpapier bildet eine Kammer im Rohr und wird danach ausgespült. Genug Abstand zur Naht halten, sonst verkohlt es. Für Schließnähte gibt es lösliche Verschlusskugeln aus Maisstärke.

Für Rohrleitungen gibt DVS 0937 eine Formel als ersten Anhaltspunkt. Sie hängt vom Innendurchmesser, von der Spüllänge, vom Gasdurchfluss und vom angestrebten Restsauerstoff ab.

t [s] = 6 · π · dᵢ² [mm] · l [m] / (400 · Q [l/min]) · k

Der Faktor k beträgt 5,3 für 1000 ppm, 7,6 für 100 ppm, 8,3 für 50 ppm, 8,6 für 30 ppm und 10 für 10 ppm. Er gibt an, wie viele Rohrvolumina Gas durchströmen müssen.

Beispiel: Rohr mit 50 mm Innendurchmesser, 2 m Spüllänge, 10 l/min, Ziel 100 ppm: rund 3 Minuten und knapp 30 l Gas.

Ausrechnen lässt sich das mit dem Vorspülzeit-Rechner.

Die Formel ist ein Startwert für eigene Versuche. Ob der Restsauerstoff wirklich erreicht ist, zeigt nur die Messung. Bei Serienfertigung kann das bewährte Vorgehen auch an einer Arbeitsprobe nachgewiesen und in der Schweißanweisung festgehalten werden.

Die Feuerzeugprobe am Gasaustritt zeigt nur, dass Gas austritt, nicht wie viel Sauerstoff an der Wurzel ist. Verlässlich ist allein ein Restsauerstoffmessgerät.

• Messbereich: Das Gerät sollte unter 10 ppm messen können.
• Wasserstoffhaltige Gase: Übliche Zirkonoxid-Sensoren werden von Wasserstoff beeinflusst und brauchen eine Umschaltung. Optische Sensoren messen unabhängig davon und ohne Aufwärmzeit.
• Messstelle: so nah wie möglich an der Schweißstelle, nahe der Wand. Am Gasaustritt gemessen, kann der Wert höher liegen, weil durch noch offene Stöße Luft nachströmt.
• Schweißfolge: in Strömungsrichtung des Gases, den Stoß am Gaseintritt zuerst.

Entstehen trotz sauberer Spülung Anlauffarben, ist oft Feuchtigkeit aus dem Schlauch die Ursache.

Schläuche lassen je nach Material Feuchtigkeit und Sauerstoff durch die Wand diffundieren, auch unter Druck. PVC-Schläuche nehmen viel Feuchtigkeit auf, etwa übers Wochenende auf nassem Hallenboden, und geben sie danach lange an das Gas ab. Kurzes Freispülen hilft dann nicht. Bei hohen Ansprüchen helfen diffusionsarme Spezialschläuche, noch besser sind feste Leitungen aus Edelstahlrohr. Schnellkupplungen in der Zuleitung möglichst vermeiden.

Beim Formieren gibt es zwei Gefahren: zündfähige Gemische mit wasserstoffhaltigen Gasen und Ersticken.

Wasserstoff

• Unterhalb von etwa 5,5 % H₂ (Formiergas) bzw. 4,2 % H₂ (Argon-Wasserstoff) kann das Gas mit Luft kein zündfähiges Gemisch bilden. Formiergas 5 (95 % N₂, 5 % H₂) ist in diesem Sinne sicher, Formiergas 10 nicht.
• Das austretende Gas nicht mehr abfackeln, sondern über einen Schlauch ins Freie leiten.
• Beim Vorspülen zuerst die Luft mit Stickstoff oder Argon verdrängen, dann erst das wasserstoffhaltige Gas einleiten. Nach dem Schweißen mit Stickstoff ausspülen, dann belüften. So trifft Wasserstoff nie auf Luftsauerstoff.

Ersticken

Alle Wurzelschutzgase sind geruch-, farb- und geschmacklos. Sauerstoffmangel kündigt sich nicht an. Große Behälter nach dem Schweißen langsam belüften und das Gas ins Freie leiten, nicht in die Halle. Auch angrenzende Rohrleitungen, in die das Gas abströmt, füllen sich mit der Zeit.

Weitere Hinweise zum Arbeitsschutz: Prüfung und Arbeitsschutz.

Muss ich beim WIG-Schweißen von Edelstahl immer formieren?

Immer dann, wenn die Wurzelseite korrosionsbeständig sein muss und Anlauffarben dort nicht nachträglich entfernt werden können. Bei offenen, später gebeizten Nähten kann darauf verzichtet werden.

Argon oder Formiergas?

Argon passt für alle Werkstoffe. Formiergas schützt durch den Wasserstoff besser vor Anlauffarben und ist oft günstiger, eignet sich aber nur für Austenite, Nickelwerkstoffe und bedingt für Duplex.

Wie viel Restsauerstoff ist zulässig?

Das legt die Anforderung an die Naht fest, etwa die Schweißanweisung oder der Kunde. DVS 0937 gibt die Spülzeiten für 1000 bis 10 ppm an.

Reicht es, die Gasmenge zu erhöhen?

Meist nicht. Mehr Gas verwirbelt die Luft und spült oft schlechter. Besser: Diffusor, kleineres Volumen, richtige Einströmrichtung.

Die Reihe vom Werkstoff über Verfahren, Gas und Nahtschutz bis zur geprüften Naht. Den Überblick gibt die Seite Schweißen nichtrostender Stähle.

1. Was Edelstahl nichtrostend macht
2. Gefüge, Deltaferrit und Heißrisse
3. Den Schweißzusatz wählen
4. Verfahren im Überblick
5. Schutzgase
6. Wärmeeinbringung und Zwischenlagentemperatur
7. Nahtvorbereitung und Heften
8. Anlauffarben, Beizen, Passivieren
9. Duplex und Superduplex
10. Edelstahl mit unlegiertem Stahl verbinden
11. Nahtfehler und Korrosionsschäden
12. Prüfung und Arbeitsschutz