Die Festigkeit einer Schweißnaht hängt nicht nur von präziser Hitze oder geschickter Technik ab, sondern auch vom Schweißzusatzwerkstoff. Der richtige Zusatzwerkstoff entscheidet darüber, wie Metalle verschmelzen, wie die Spannung durch die Verbindung fließt und wie lange die Struktur in der Praxis Bestand hat.
Bei der Blechverarbeitung, wo sowohl die Festigkeit als auch das Aussehen eine Rolle spielen, ist die Wahl des Schweißzusatzes eine technische und wirtschaftliche Entscheidung. Die richtige Wahl bedeutet weniger Nacharbeiten, glattere Schweißnähte und eine gleichbleibende Leistung über alle Produktionschargen hinweg. Im Folgenden erfahren Sie, wie Schweißzusatzwerkstoffe die Festigkeit und Zuverlässigkeit jeder Schweißverbindung beeinflussen.
Was Schweißzusatzwerkstoff beim Schweißen bewirkt？
Ein Schweißzusatz wird zum Herzstück der Schweißnaht. Während der Verschmelzung schmilzt er und vermischt sich mit den unedlen Metallen und bildet eine neue Legierungszone, die als Schweißgut bekannt ist. Seine Chemie und sein Fließverhalten entscheiden darüber, ob die Verbindung eine starke Verbindung oder eine versteckte Schwachstelle wird.
Füllstoffe dienen im Wesentlichen drei Zwecken:
- Klebebrücke: Sie verbinden die unedlen Metalle auf molekularer Ebene und sorgen für eine ordnungsgemäße metallurgische Verschmelzung.
- Beitrag zur Stärke: Ihre mechanischen Eigenschaften - Zugfestigkeit, Streckgrenze und Kerbschlagzähigkeit - bestimmen, wie viel Last die Schweißnaht tragen kann.
- Lichtbogenstabilisator: Ihre Zusammensetzung wirkt sich auf die Glätte des Lichtbogens, die Eindringtiefe und die Wulstbildung aus und beeinflusst damit die Schweißqualität insgesamt.
Beim Schweißen von Baustahlblechen mit ER70S-6-Draht beispielsweise erzeugen die Silizium- und Mangan-Desoxidationsmittel einen stabilen Lichtbogen und eine glatte Schweißraupe, selbst wenn die Oberfläche nicht perfekt sauber ist. Im Gegensatz dazu kann ein schlecht gewählter Zusatzwerkstoff Porosität oder Risse verursachen, die die Schweißnaht von innen heraus schwächen.
Arten von Schweißzusatzwerkstoffen
Jedes Schweißverfahren ist auf eine bestimmte Form des Schweißzusatzes angewiesen, und die Kenntnis der Unterschiede hilft bei der Anpassung des Schweißzusatzes an die Projektanforderungen:
| Füllstoff-Typ | Verwendet in | Wichtigste Merkmale | Typischer Anwendungsfall |
|---|---|---|---|
| Solider Draht | MIG, WIG | Saubere Schweißnaht, spritzerarm | Dünne Bleche, Präzisionsteile |
| Fülldraht | FCAW | Verträgt Rost, hohe Ablagerungen | Gestelle, Außenanlagen |
| Stabelektrode | SMAW | Tragbar, flussabgeschirmt | Reparaturen vor Ort, dicker Stahl |
| Metallkerniger Draht | Automatisiertes MIG | Schnelle Abscheidung, geringe Schlacke | Hochvolumige Produktionslinien |
Fülldrähte zum Beispiel können Metall bis zu 30% schneller auftragen als Massivdrähte, was sie ideal für schwere Rahmen oder das Schweißen im Freien macht. Massivdrähte sind jedoch nach wie vor die erste Wahl für dünne oder sichtbare Schweißnähte, bei denen Aussehen und Sauberkeit Priorität haben.
Passende Füllstoffzusammensetzung mit Grundmetall
Eine starke Schweißnaht beginnt mit der chemischen Kompatibilität. Die Abstimmung der Zusammensetzung des Schweißzusatzes auf den Grundwerkstoff gewährleistet eine ordnungsgemäße Verschmelzung, ein ausgewogenes Gefüge und eine lange Haltbarkeit.
Chemische Kompatibilität und metallurgische Bindung
Je näher die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs am Grundmetall liegt, desto besser ist die metallurgische Verbindung. Weichen die wichtigsten Legierungselemente zu stark voneinander ab, kann die Schmelzzone spröde oder rissanfällig werden.
- Für BaustahlFüllstoffe wie ER70S-6 bieten eine Zugfestigkeit von etwa 70 ksi (480 MPa), die der von kohlenstoffarmen Stahlplatten sehr nahe kommt.
- Für Edelstahl 304Füllstoffe wie ER308L erhalten das Chrom-Nickel-Gleichgewicht, das die Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen bewahrt.
- Für unähnliche MetalleDie Verwendung von Übergangslegierungen (z. B. Füllstoffe auf Nickelbasis) verhindert galvanische Korrosion und Rissbildung durch thermische Fehlanpassung.
Manchmal wählen die Ingenieure absichtlich unterminierende Füllstoffe - die eine etwas geringere Festigkeit als das Grundmetall aufweisen. Dadurch kann sich die Schweißnaht unter Belastung biegen und reißt nicht plötzlich. Bei Druckbehältern oder tragenden Rahmen sorgen übereinstimmende Füllstoffe (höhere Zugfestigkeit als der Grundwerkstoff) für Sicherheit unter extremen Bedingungen.
Mikrogefüge und Kornkontrolle
Beim Abkühlen der Schweißnaht beeinflussen die Legierungselemente des Schweißzusatzes, wie die Kristalle wachsen und erstarren. Eine feine, gleichmäßige Kornstruktur verleiht der Schweißnaht eine höhere Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit.
- Zusätze von Nickel oder Molybdän kann die Korngröße verfeinern und die Kerbschlagzähigkeit um bis zu 30% erhöhen.
- Silizium und Mangan entfernen Sauerstoff, verringern die Porosität und sorgen für ein dichteres Schweißgut.
- Kontrollierte Kühlung minimiert harte oder spröde Zonen, insbesondere bei dünnwandigen Materialien, die schnell abkühlen.
In Gehäusen aus rostfreiem Stahl beispielsweise bildet ein Füllstoff mit einem ausgewogenen Verhältnis von Chrom und Nickel glatte, korrosionsbeständige Gefüge, die auch bei Temperaturschwankungen stabil bleiben.
Faktoren für Stärke und Dauerhaftigkeit
Der richtige Zusatzwerkstoff entscheidet darüber, ob sich eine Schweißnaht biegt, bricht oder hält. Seine Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bestimmen die langfristige Leistung.
Beitrag zur Zugfestigkeit und Streckgrenze
Die Zug- und Streckgrenze eines Schweißzusatzes entscheidet darüber, wie viel Spannung die Schweißverbindung aushalten kann, bevor sie sich verformt oder bricht. Wenn seine Festigkeit der des Grundmetalls entspricht, wird die Schweißnaht zu einer echten Fortsetzung der Struktur.
Der Weichstahlfüller ER70S-6 beispielsweise bietet eine Zugfestigkeit von etwa 70 ksi (≈ 480 MPa), was den meisten kohlenstoffarmen Stählen entspricht, die für Rahmen und Halterungen verwendet werden. Die Verwendung eines schwächeren Füllstoffs würde in diesem Fall eine weiche Zone schaffen, die dazu führt, dass sich die Verbindung unter Last dehnt oder reißt.
Eine höhere Festigkeit ist jedoch nicht immer besser. Ein zu starker Füllstoff kann die Verbindung spröde und anfällig für Risse bei Stößen oder Vibrationen machen. Deshalb wählen viele Ingenieure leicht unterdimensionierte Füllstoffe für flexible Blechprodukte wie HLK-Gehäuse oder Elektronikgehäuse - diese absorbieren Spannungen, anstatt zu brechen.
Design-Tipp:
Beim Verbinden von Metallen unterschiedlicher Festigkeit sollte der Schweißzusatz immer auf das schwächere Material abgestimmt werden. Dies verhindert übermäßig steife Verbindungen und gewährleistet eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Schweißnaht.
Widerstand gegen Ermüdung und zyklische Belastung
Viele Schweißnähte versagen nach Tausenden von kleinen, wiederholten Belastungen und nicht nach einer einzigen großen Kraft. Die Zusammensetzung des Schweißzusatzes und die Sauberkeit der Schweißnaht spielen eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Ermüdungsrissen.
Feinkörnige Schweißnähte mit geringer Porosität sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Spannung. Füllstoffe mit Mangan und Silizium tragen zur Entfernung von Sauerstoff bei und minimieren Einschlüsse, die zu Rissbildungspunkten werden könnten. Bei schwingungsanfälligen Bauteilen - wie Maschinengestellen oder Transporteinrichtungen - kann die Verwendung duktiler Füllstoffe die Ermüdungslebensdauer im Vergleich zu Alternativen mit hoher Härte um bis zu 40 % erhöhen.
Bei einem Produktionslauf von Blechhalterungen wurde beispielsweise durch die Umstellung von einem hochfesten, überpassenden Füllstoff auf einen duktilen Füllstoff die Mikrorissbildung nach 200.000 Vibrationszyklen während der Prüfung reduziert. Diese kleine Änderung verbesserte sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Kundenzufriedenheit.
Korrosions- und Umweltbeständigkeit
Die Wahl des Schweißzusatzes bestimmt auch, wie sich die Schweißnaht in unterschiedlichen Umgebungen verhält. Eine Verbindung, die Feuchtigkeit, Salz oder Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, muss Oxidation und Lochfraß widerstehen.
- Für Schweißnähte aus rostfreiem StahlFüllstoffe mit 18% Cr + 8% Ni erhalten die schützende Passivschicht, die Rost verhindert.
- Für Teile für die Schifffahrt oder den AußenbereichFüllstoffe, die Molybdän (Mo) enthalten, erhöhen die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion.
- Für lackierte oder beschichtete GehäuseDie Wahl von Füllstoffen mit sauberem, spritzarmem Verhalten verringert Oberflächenfehler und verbessert die Haftung der Beschichtung.
Die falsche Wahl des Füllstoffs kann die Lebensdauer drastisch verkürzen. Ein Kohlenstoffstahl-Zusatzwerkstoff, der auf rostfreien Bauteilen verwendet wird, kann beispielsweise in feuchten Umgebungen innerhalb weniger Monate galvanische Korrosion auslösen. Die Abstimmung der Füllstoffchemie auf die Umgebungsbedingungen erhält sowohl die strukturelle Integrität als auch die optische Qualität.
Schweißprozess-Kompatibilität
Jeder Schweißprozess erfordert spezifische Eigenschaften des Schweißzusatzes. Die Abstimmung von Zusatzwerkstoff, Schutzgas und Technik gewährleistet stabile Lichtbögen, saubere Schweißraupen und gleichbleibende Ergebnisse.
Auswahl des Schweißzusatzes für verschiedene Schweißverfahren
Verschiedene Schweißtechniken stellen besondere thermische und betriebliche Anforderungen an den Schweißzusatz:
| Prozess | Füllstoff-Typ | Am besten geeignet für | Hauptvorteil |
|---|---|---|---|
| MIG (GMAW) | Volldraht oder Metalldraht | Mittlere bis dicke Materialien | Schnelle Ablagerung, saubere Oberfläche |
| WIG (GTAW) | Stab | Dünne Bleche, sichtbare Schweißnähte | Präzise Steuerung, glatter Wulst |
| Stange (SMAW) | Flussmittelumhüllte Elektrode | Outdoor oder schwere Abschnitte | Nachsichtig mit Oberflächenverunreinigungen |
| Flussmittelgefüllt (FCAW) | Röhrendraht mit Flussmittel | Große Rahmen, Feldarbeit | Tiefes Eindringen, hohe Geschwindigkeit |
Ein flussmittelgespeister Füllstoff kann die Abscheiderate im Vergleich zu WIGDadurch wird die Schweißzeit um bis zu 40 % reduziert - ideal für die Herstellung von Stahlrahmen oder Schränken. Umgekehrt eignen sich WIG-Schweißzusätze hervorragend für Anwendungen mit hohem Erscheinungsbild wie Edelstahl-Gehäusewo glatte, spritzerfreie Nähte entscheidend sind.
Einblick in den Prozess:
Die Wahl des richtigen Schweißzusatzes für den Schweißprozess gewährleistet nicht nur die mechanische Festigkeit, sondern wirkt sich auch auf die allgemeine Kosteneffizienz, das Aussehen der Schweißraupe und die Reinigung nach dem Schweißen aus.
Einfluss von Schutzgas und Schweißposition
Sowohl die Schutzgaszusammensetzung als auch die Schweißposition beeinflussen die Leistung des Schweißzusatzes. Unter MIG und WIG-Verfahren schützen Schutzgase das geschmolzene Schweißbad vor Oxidation - aber die falsche Gas-Zusatzwerkstoff-Kombination kann zu Porosität oder ungleichmäßiger Verschmelzung führen.
- Argon + CO₂ (75/25) Mischungen stabilisieren den Lichtbogen und ermöglichen ein tiefes Eindringen in Kohlenstoffstähle.
- Reines Argon erzeugt saubere, oxidationsfreie Schweißnähte an Edelstahl und Aluminium.
- Argon + Helium-Gemische erhöhen die Wärmezufuhr und verbessern das Schmelzen bei dickeren Materialien.
Auch die Position beim Schweißen ist wichtig. Einige Füllstoffe sind für flache und horizontale Positionen ausgelegt, während andere die Stabilität der Schweißraupe bei vertikalen oder Überkopfarbeiten gewährleisten. Positionsspezifische Füllstoffe verhindern ein Durchhängen und gewährleisten eine gleichmäßige Durchdringung selbst bei komplexen Baugruppen.
Materialbeschaffenheit und Oberflächenqualität
Materialien sind in der realen Welt nicht immer makellos. Wenn man versteht, wie Füllstoffe auf Rost, Beschichtungen oder Verunreinigungen reagieren, kann man die Schweißnahtfestigkeit auch unter unvollkommenen Bedingungen erhalten.
Schweißen über Rost, Walzzunder oder Beschichtung
Im Fertigungsalltag sind die Oberflächen unedler Metalle nicht immer makellos. Rost, Oxidschichten oder Farbreste können das Schmelzen blockieren und Gase einschließen, wodurch die Schweißnaht geschwächt wird. Füllstoffe, die Desoxidationsmittel wie Mangan und Silizium enthalten, können diese Auswirkungen minimieren, indem sie das Schweißbad chemisch reinigen.
ER70S-6 beispielsweise wird häufig für Baustahl verwendet, da seine Desoxidationsmittel dazu beitragen, starke, glatte Schweißnähte zu erzeugen, selbst wenn leichte Zunder- oder Rostrückstände vorhanden sind. Im Gegensatz dazu eignet sich ER70S-2 am besten für sauberes Metall, kann aber auf verunreinigten Oberflächen Porosität erzeugen.
Wenn Schweißen von verzinktem oder beschichtetem StahlFüllstoffe, die für eine kontrollierte Wärmezufuhr ausgelegt sind, reduzieren die Zinkverdampfung und minimieren die Porosität. Die Anpassung von Stromstärke und Fahrgeschwindigkeit hilft, "Lunker" zu vermeiden, die häufig auftreten, wenn Beschichtungen zu schnell abbrennen.
Praktisches Beispiel:
Durch die Umstellung von ER70S-2 auf ER70S-6 in der Gehäuseproduktion konnte die durch Porosität verursachte Nacharbeit um fast 25% reduziert werden, was sowohl die Produktivität als auch die Konsistenz der Endbearbeitung verbesserte.
Design-Tipp:
Selbst bei der Verwendung von toleranten Füllstoffen verbessert eine leichte Oberflächenvorbereitung - wie z. B. Drahtbürsten oder Entfetten - stets das Eindringen der Schweißnaht und die Gesamtfestigkeit.
Saubere vs. kontaminierte Basismetalle
Fülldrähte und Stabelektroden sind nachsichtiger bei der Arbeit auf Oberflächen, die nicht vollständig gereinigt werden können. Ihr internes Flussmittel erzeugt ein Gasschild und eine Schlackenabdeckung, die Sauerstoff und Verunreinigungen während des Schweißens entfernt. Diese Eigenschaft macht sie ideal für große Strukturen oder Arbeiten im Freien.
Bei Präzisionsgehäusen, rostfreien Schränken oder sichtbaren Schweißnähten ist es jedoch besser, Massivdraht oder WIG-Zusatzwerkstoff mit ordnungsgemäß gereinigten Oberflächen zu verwenden. Sauberes Schweißen gewährleistet nicht nur maximale Festigkeit, sondern verbessert auch das Aussehen, die Haftung der Beschichtung und den Korrosionsschutz.
Design, Standards und anwendungsbezogene Auswahl
Bei der Auswahl eines Schweißzusatzes geht es nicht nur um die Übereinstimmung der Metalle, sondern auch um die Einhaltung von Vorschriften, Konstruktionszielen und die Leistung bei der Endanwendung. Die richtige Klassifizierung stellt sicher, dass jede Schweißnaht die Prüfung besteht und die erwartete Leistung erbringt.
Angleichung an Codes und Zertifizierungen
Die Schweißnormen von AWS (American Welding Society), ASME und ISO definieren die Klassifizierung von Schweißzusätzen auf der Grundlage von Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Verwendbarkeit. Diese Normen bieten Ingenieuren vorhersehbare Ergebnisse und gewährleisten, dass jede Schweißnaht den Erwartungen an Sicherheit und Leistung entspricht.
Zum Beispiel:
- ER70S-6 - ER" steht für Elektrode/Stab, "70" bedeutet 70 ksi Zugfestigkeit und "S" steht für Massivdraht.
- E308L - ein Füllstoff aus rostfreiem Stahl, der für die Grundwerkstoffe 304 oder 304L geeignet ist, wobei "L" für einen niedrigen Kohlenstoffgehalt steht, um die Ausscheidung von Karbiden zu minimieren.
Die Einhaltung dieser Normen gewährleistet einheitliche Schweißeigenschaften in der gesamten Produktion und vereinfacht Qualitätsprüfungen. In Sektoren wie der Energie-, Bau- und Transportbranche ist die Verwendung von zertifizierten Schweißzusätzen obligatorisch. Bei Blechprodukten - wie Schaltschränken oder Maschinengehäusen - erhöht die Einhaltung anerkannter Schweißzusatzwerkstoffe die Zuverlässigkeit und verringert die Schwankungen zwischen den Chargen.
Einblick in die Einhaltung der Vorschriften:
Die Verwendung eines nicht zertifizierten Schweißzusatzes kann bei Industrieprojekten zu Schweißfehlern, Ablehnungen bei Inspektionen oder zum Erlöschen von Garantien führen. Ein ordnungsgemäß klassifizierter Zusatzwerkstoff gibt sowohl dem Käufer als auch dem Hersteller die Sicherheit, dass die Verbindung den langfristigen Erwartungen entspricht.
Anwendungsspezifische Überlegungen
Jeder geschweißte Produkttyp stellt andere Anforderungen an Festigkeit, Aussehen und Flexibilität - und die Wahl des Schweißzusatzes sollte diese Anforderungen widerspiegeln:
| Art der Anwendung | Performance-Ziel | Empfohlener Filler-Ansatz |
|---|---|---|
| Strukturelle Rahmen | Hohe Festigkeit + Stoßdämpfung | Leicht untermatchende Spachtelmasse zur Verringerung der Rissbildung |
| Druckkomponenten | Maximaler Lastwiderstand | Overmatching-Füllstoff mit höherer Zugfestigkeit |
| Dünnblech-Gehäuse | Minimale Wärmeverzerrung | WIG- oder MIG-Massivdraht mit geringem Spritzeraufkommen |
| Rostfreie Schränke | Korrosion + optische Qualität | Chrom-Nickel-Füllstoffe (z. B. ER308L, ER316L) |
| Materialgemischte Fugen | Ungleiche Expansionsraten | Übergangsfüllstoffe auf Nickelbasis (z. B. ERNiCr-3) |
Beispiel:
Beim Schweißen eines Baustahlrahmens an eine Edelstahlplatte verhindert die Verwendung eines Schweißzusatzes auf Nickelbasis galvanische Korrosion und Rissbildung aufgrund von Wärmeausdehnungsunterschieden. Im Gegensatz dazu kann ein Standard-Stahlzusatzwerkstoff vorübergehend halten, aber bei wiederholten Temperaturzyklen versagen.
Kostenperspektive:
Spezialfüllstoffe sind zwar im Vorfeld etwas teurer, sparen aber oft Nacharbeitsstunden und verbessern die Lebensdauer, so dass die Gesamtprojektkosten im Laufe der Zeit um 15-20% sinken.
Schlussfolgerung
Zusatzwerkstoffe bestimmen die wahre Stärke und Zuverlässigkeit einer geschweißten Struktur. Sie entscheiden darüber, wie gut die Schweißnaht verschmilzt, wie sie Vibrationen und Korrosion standhält und wie lange sie ohne Ausfall funktioniert. Selbst mit präziser Ausrüstung und erfahrenen Schweißern kann ein ungeeigneter Zusatzwerkstoff die gesamte Verbindung unterminieren und zu kostspieligen Nacharbeiten oder vorzeitigen Rissen führen.
Wenn Ihr nächstes Blech- oder Konstruktionsprojekt hochfeste, zuverlässige Schweißnähte erfordert, kann die Wahl des richtigen Schweißzusatzes den entscheidenden Unterschied ausmachen. Bei Shengen verfügt unser Ingenieurteam über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Fertigung und ist auf das Schweißen von Blechen spezialisiert. Laden Sie Ihre Zeichnungen oder technischen Dateien hochund unsere Ingenieure werden eine kostenlose Schweißnahtprüfung durchführen.
Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
Kontakt aufnehmen
Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
