Wenn Sie einen ganzen Artikel über Schweißfehler und Tipps zu deren Vermeidung, sind Sie vermutlich bereits mit Schweißverfahren vertraut. Falls nicht, keine Sorge: Wir haben Artikel zu Schweißtipps und -tricks, MIG vs. TIG und Anleitungen zu verschiedenen Fügeverfahren.

Schweißfehler bei Laser- und Wasserstrahl-geschnittenen Teilen, die Sie vermeiden sollten

Was kann einer hochwertigen Schweißnaht im Wege stehen? Auch wenn wir uns alle wünschen, bei jedem Lichtbogen eine perfekte „Münzstapel“-Naht zu erzielen, sieht die Realität oft anders aus: Das Schutzgas kann ausgehen, die Elektrode kann ins Schmelzbad eintauchen, die Geschwindigkeit beim Schweißen kann falsch gewählt sein, der Schweißstrom zu hoch oder zu niedrig, oder die Position der Schweißnaht auf dem Werkstück ist schlicht ungünstig.

Genau diese und viele andere kleine Faktoren führen zu Unregelmäßigkeiten, die in eine von zwei Kategorien fallen: Unregelmäßigkeiten (Discontinuities) oder Fehler (Defects). Auf die genaue Klassifizierung gehen wir gleich ein, aber Probleme wie Spritzer, Risse und unvollständige Durchdringung zählen zu den schwerwiegendsten.

Wie Sie Ihre Laserschnittteile gestalten, um Schweißfehler zu vermeiden

Wahrscheinlich ist der wichtigste Faktor für eine erfolgreiche Schweißnaht ein gut vorbereitetes Grundmaterial – oder Zugang zu einem Schweißgerät, darüber lässt sich streiten.

Achten Sie beim Entwerfen von Schweißverbindungen darauf, dass im Bereich der Schweißnaht ausreichend Material vorhanden ist und dieser frei von anderen Merkmalen wie Bohrungen, Presspassungen oder Biegungen bleibt, da diese durch den Schweißprozess beschädigt werden könnten.

Bedenken Sie auch die Materialauswahl: Baustahl oder Edelstahl lassen sich deutlich einfacher schweißen als Titan. Achten Sie ebenso auf die Materialgüte: 7075 Aluminium ist zwar extrem fest, aber sofern Sie nicht ein halbes Vermögen für ein Rührreibschweißgerät ausgeben möchten, empfiehlt sich der Einsatz von 5052 oder 6061.

Häufige Schweißfehler

Werden die oben genannten Konstruktions- und Materialfaktoren sorgfältig berücksichtigt, lassen sich viele schwerwiegende Probleme vermeiden, die von optischen Unregelmäßigkeiten bis hin zu katastrophalen Ausfällen reichen können.

Um beurteilen zu können, ob ein Teil repariert werden kann oder ausgemustert werden muss, gibt es in der Industrie unterschiedliche Klassifizierungen: Während alle Schweißfehler Unregelmäßigkeiten sind, sind nicht alle Unregelmäßigkeiten auch Fehler.

Eine Unregelmäßigkeit ist jede Unterbrechung in der normalen Struktur einer Schweißnaht. Dazu zählen interne Unregelmäßigkeiten wie Einschlüsse und mangelnde Verschmelzung sowie externe Unregelmäßigkeiten wie Risse, Poren und Einbrandkerben.

Ein Fehler liegt vor, wenn eine Unregelmäßigkeit die Festigkeit, Haltbarkeit oder Optik der Schweißnaht so stark beeinträchtigt, dass sie unzulässig ist. Ob eine Unregelmäßigkeit akzeptabel ist, hängt vom Einsatzzweck ab und wird durch Schweißnormen oder Spezifikationen definiert. Werfen wir nun einen Blick auf einige der häufigsten Schweißfehler:

Arten von Schweißfehlern

Interne Schweißfehler:

• Einschlüsse: Fremdstoffe, meist nichtmetallische Partikel wie Oxide, die im Schmelzbad eingeschlossen werden. Einschlüsse schwächen die Schweißnaht und machen sie anfälliger für Versagen. Dieser Fehler wird auch als Schlackeneinschluss bezeichnet.
• Ungenügende Verschmelzung: Dieser Fehler tritt auf, wenn das Schweißgut nicht vollständig mit dem Grundwerkstoff verschmilzt. Ursachen hierfür sind unter anderem fehlerhafte Schweißtechnik, falsche Parameter oder Verunreinigungen am Grundmaterial.
• Schlechte Durchdringung: Hier dringt das Zusatzmaterial nicht vollständig in das Grundmaterial ein. Auch hierfür sind falsche Technik, ungeeignete Parameter sowie eine unzureichende Nahtvorbereitung oder Konstruktion verantwortlich.

Externe Schweißfehler:

• Schweißrisse: Dies sind lineare Trennungen im Schweißgut oder Grundwerkstoff. Ursachen sind unter anderem Eigenspannungen, thermische Spannungen und Wasserstoffversprödung. Kaltrisse entstehen beim Abkühlen durch Eigenspannungen im Naht- oder Werkstoffübergang. Auch Heißrisse und Kraterrisse zählen zu dieser Kategorie. Aluminium sollte vorgewärmt und schnelles Abkühlen jeglicher Wärmeeinflusszonen vermieden werden, um diese Probleme zu minimieren.
• Porenbildung: Gasblasen, die im Schweißgut eingeschlossen werden. Poren schwächen die Naht und erhöhen die Ausfallwahrscheinlichkeit.
• Einbrandkerben: Eine Rille entlang der Schweißnahtkante, die die Festigkeit der Verbindung reduziert und sie anfälliger für Korrosion macht.
• Überlappung: Das Schweißgut wird auf das Grundmaterial aufgetragen, ohne richtig zu verschmelzen. Überlappungen schwächen die Naht und erhöhen das Ausfallrisiko.
• Durchbrand: Das Schweißgut oder der Lichtbogen brennt durch das Grundmaterial. Dies schwächt die Verbindung erheblich und kann sogar Löcher im Bauteil verursachen. Hier hilft es, die Wärmeeinbringung durch geringeren Schweißstrom und höhere Geschwindigkeit zu steuern.
• Spritzer: Kleine, aus dem Schmelzbad herausgeschleuderte Metallspritzer, die zwar lästig, aber meist unkritisch für die Schweißnaht sind.
• Unterfüllung: Die Oberfläche der Schweißnaht füllt die Nut im Grundmaterial nicht vollständig aus. Dies reduziert die Festigkeit und macht die Naht anfälliger für Versagen.
• Übermäßige Aufwölbung: Das Zusatzmaterial liegt zu hoch über dem Grundmaterial. Dies erhöht die Rissgefahr und verlängert den Lichtbogen.
• Mechanische Beschädigung: Physische Schäden am Schweißgut oder Grundmaterial, die die Festigkeit mindern und die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöhen.
• Whisker: Dünne, haarähnliche Auswüchse auf der Schweißnahtoberfläche. Sie können Kurzschlüsse verursachen und elektrische Ströme stören und sind zudem schwer zu entfernen.

Wie Sie Schweißfehler erkennen können

Die oben genannten Schweißfehler werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt: interne und externe Fehler. Interne Fehler sind mit bloßem Auge nicht sichtbar und können nur mit zerstörungsfreien Prüfverfahren (NDT) erkannt werden. Externe Fehler sind sichtbar und können durch Sichtprüfung entdeckt werden.

Gängige Methoden zur Schweißnahtprüfung:

• Sichtprüfung: Die einfachste und gebräuchlichste NDT-Methode. Hierbei werden sichtbare Fehler wie Risse, Poren oder Einbrandkerben begutachtet.
• Farbeindringprüfung (PT): Nutzt Kapillarwirkung, um Oberflächenfehler aufzuspüren. Ein Farbstoff wird aufgetragen, überschüssiger Farbstoff entfernt und nach Entwickleranwendung bleiben Fehlerstellen sichtbar – unter UV-Licht oder mit bloßem Auge.
• Magnetpulverprüfung (MT): Zum Auffinden von Oberflächen- und Unterflächenfehlern. Ein Magnetfeld wird angelegt und Eisenpartikel aufgestreut. Fehler verursachen Feldverzerrungen, an denen sich die Partikel ansammeln.
• Ultraschallprüfung (UT): Zur Erkennung interner Fehler. Hochfrequente Schallwellen werden durch die Naht gesendet; Fehler reflektieren diese und werden am Gerät sichtbar.
• Röntgenprüfung (RT): Ebenfalls zur Erkennung interner Fehler. Röntgen- oder Gammastrahlen durchdringen die Naht und bilden Fehler als dunkle Stellen auf dem Film ab.

Die Auswahl der NDT-Methode richtet sich nach Art der Schweißung, Werkstoff und geltender Norm. So werden PT und MT häufig bei Rohrleitungen und Druckbehältern eingesetzt, während UT und RT bei sicherheitskritischen Bauwerken wie Brücken oder Gebäuden Anwendung finden.

FAQs zu Schweißfehlern

Was sind Schweißfehler?

Schweißfehler sind Unregelmäßigkeiten oder Unterbrechungen in einer Schweißverbindung, die deren Festigkeit, Haltbarkeit oder auch einfach das ästhetische Erscheinungsbild beeinträchtigen können. Ursachen sind vielfältig und reichen von unsachgemäßer Technik über falsche Maschineneinstellungen, Verunreinigungen bis hin zu ungeeigneter Nahtkonstruktion wie fehlender Fase.

Welche Arten von Unregelmäßigkeiten gibt es beim Schweißen?

Eine Unregelmäßigkeit ist jede Unvollkommenheit in einer Schweißnaht. Auch wenn man sich stets perfekte Schweißnähte wünscht, muss in der Praxis bewertet werden, ob eine Unregelmäßigkeit als Fehler einzustufen ist. Da Unregelmäßigkeiten als „leichte Fehler“ betrachtet werden können, gelten für sie die gleichen internen und externen Kategorien wie für Fehler im Allgemeinen.

Was ist der häufigste Ausfallmechanismus bei Schweißnähten?

Die häufigste Ausfallursache ist Materialermüdung. Sie äußert sich meist durch Rissbildung in der Wärmeeinflusszone (WEZ). Risse entstehen durch Spannungen, unsachgemäße Abkühlung oder Verunreinigungen und können unter Belastung zum vollständigen Versagen führen.

Welches Schweißverfahren ist am anfälligsten für Fehler?

Das Elektrodenschweißen (Lichtbogenhandschweißen) ist ein vergleichsweise kostengünstiges und vielseitiges Verfahren, aber auch besonders fehleranfällig, da es ein manuelles Verfahren mit umhüllter Stabelektrode ist. Die Umhüllung schmilzt und erzeugt ein Schutzgas, das das Schmelzbad vor Verunreinigungen schützen soll.