Schutzgas zum Schweißen: Arten und Einsatz

Schutzgas in grauen Gasflaschen

Schutzgas soll Luft und Sauerstoff beim Schweißen in der Atmosphäre verdrängen. Es kommt unter anderem in der Lebensmittelindustrie oder in der Metalltechnik zum Einsatz. So verhindern aktive und inaktive Schutzgase beim Schweißen zum Beispiel, dass die jeweiligen Metalle mit dem Luftsauerstoff reagieren. Denn das könnte Korrosionserscheinungen und Verbrennungen verursachen. Gasflasche.de informiert über die verschiedenen Schutzgase und zeigt, wann diese beim Schweißen zum Einsatz kommen.

Die Themen im Überblick:

Aufgabe und Einsatzbereiche der Schutzgase

Schutzgase sind gasförmige Stoffe, die die Atmosphäre an ihrem Einsatzort verdrängen. Sie können relativ träge sein oder aktiv mit der Erdatmosphäre reagieren und halten vor allem den Luftsauerstoff fern. Zum Einsatz kommen Schutzgase unter anderem in der Lebensmittelindustrie. Hier sorgen sie beim Verpacken dafür, dass die Nahrung nicht mit Fremdstoffen, Keimen oder Bakterien in Berührung kommt und länger hält. Ersichtlich ist das übrigens am Aufdruck „Unter Schutzgasatmosphäre verpackt“. Kommen die Gase in der Elektrotechnik zum Einsatz, setzen sie die Leitfähigkeit von Kontakten herab und reduzieren so den Funkenflug. Die wohl größte Bedeutung haben die Stoffe allerdings in der Metalltechnik. Denn hier kommen sie beim Schweißen, Härten oder Gießen zum Einsatz. Die Gase verdrängen dabei Luftsauerstoff aus der Atmosphäre, um Korrosionserscheinungen und Verbrennungen auszuschließen. Auf diese Weise sorgen die Schutzgase für qualitativ hochwertige, stabile sowie lange haltende Werkstoffe und Verbindungen.

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Schutzgase zum Schweißen: Ein Überblick

Geht es um den Einsatz von Schutzgas zum Schweißen, unterscheiden Experten heute aktive und inaktive (auch inerte) Gase. Aktive Gase oder Gemische aus beiden Gasarten reagieren mit dem Schweißgut und sind nötig, um die gewünschte Qualität herzustellen. Inaktive oder inerte Gase sind hingegen sehr träge. Sie reagieren nicht mit der Elektrode oder der Schweißschmelze, verdrängen dafür aber die Gase aus der Umgebungsluft. Bekannte und häufig eingesetzte Schutzgase zum Schweißen sind unter anderem:

  • Argon (Ar)
  • Helium (He)
  • Kohlendioxid (CO2)
  • Stickstoff (N)
  • Sauerstoff (O2)

Darüber hinaus finden auch Gemische der aufgeführten Gase Anwendung. Welche genau benötigt werden, hängt vor allem von den zu bearbeitenden Materialien und den eingesetzten Schweißverfahren ab.

Argon (Ar) zum Schutzgasschweißen

Argon ist ein sehr reaktionsträges Edelgas, das zu etwa einem Prozent in der Luft vorkommt. Es ist vergleichsweise günstig und daher oft als Schutzgas zum Schweißen im Einsatz. Das inaktive oder inerte Gas legt sich dabei um Lichtbogen und Schmelze, um den Reaktionsbereich zuverlässig vor Sauerstoff aus der Luft zu schützen. Anwendung findet das wenig verunreinigte Argon 4.6 unter anderem beim WIG Schweißen für niedrig legierte Stähle oder beim MIG Schweißen für Aluminium und andere Nichteisenmetalle.

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Helium (He) als Schutzgas zum Schweißen

Genau wie Argon geht auch das inaktive oder inerte Helium keine Reaktion mit Elektroden oder Schmelzen ein. Es ist mit einem Anteil von etwa 0,2 Prozent in einigen Erdgasen gebunden, aus denen es sich auch gewinnen lässt. Nachdem Experten vor einigen Jahren noch vor einem Heliummangel gewarnt hatten, wurden 2016 große Vorkommen in Tansania entdeckt. Das Schutzgas ist teurer als Argon und lässt sich ebenso zum MIG und WIG Schweißen einsetzen. Hier ermöglicht es mit Schutzgas-Schweißgeräten eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und eine sehr gute Qualität der Nähte.

Kohlendioxid (CO2) für Schweißgeräte

Kohlendioxid (auch Kohlenstoffdioxid) ist kein Edelgas. Es kommt zu einem Anteil von etwa 0,04 Prozent in der Luft vor, lässt sich aber überwiegend aus technischen Prozessen gewinnen. So entsteht CO2 zum Beispiel beim Kalkbrennen oder bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe. Das Gas ist aktiv, allerdings wenig reaktionsfreudig. Zum Einsatz kommt es dabei zum Beispiel in Gasgemischen wie dem Schutzgas 18 (82 Prozent Argon, 18 Prozent Kohlendioxid) beim MIG und MAG Schweißen.

Stickstoff (N) als Schutzgas zum Schweißen

Stickstoff hat einen Anteil von 78 % an der Luft in unserer Atmosphäre und lässt sich auch aus dieser gewinnen. Möglich ist das zum Beispiel durch chemische Prozesse oder spezielle Filter, die die übrigen Luftbestandteile abtrennen. Das inaktive oder inerte Gas ist sehr reaktionsträge. Es verdrängt die Luft von Elektrode und Schmelze, lässt sich allerdings nicht für alle Metalle einsetzen. Denn anders als Argon oder Helium handelt es sich hierbei um kein Edelgas. Der große Vorteil von Stickstoff ist der vergleichsweise niedrige Preis. Außerdem ist das Schutzgas zum MIG, MAG und WIG Schweißen geeignet.

Sauerstoff (O2) als aktives Gas zum Schweißen

Sauerstoff hat einen Anteil von 21 Prozent in unserer Luft. Es ist reaktionsfreudig und gilt daher als aktives Gas. Als solches kann es den Lichtbogen stabilisieren. Das verwendete Material lässt sich damit optimal auf die Kontaktstelle übertragen. Zum Einsatz kommt Sauerstoff bei Aktivgasschweißverfahren wie dem MAG Schweißen.

Gemische aus verschiedenen Schutzgasen

Die Art des Schutzgases beeinflusst direkt die Eigenschaften des Schweißvorgangs und der fertigen Schweißnaht. Um diese optimal an die individuellen Anforderungen anzupassen, kommen Mischgase zum Einsatz. Diese bestehen dabei sehr häufig aus edlem Argon und einem geringen Anteil unedlem Kohlendioxid. Aber Achtung: Ist der CO2-Anteil beim Schweißen hoch legierter Materialien zu hoch, können die Nähte schneller rosten.

Diese Schweißverfahren setzen auf Schutzgase

Schutzgase kommen hauptsächlich bei den Verfahren des sogenannten Lichtbogenschweißens zum Einsatz. Dabei brennt ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode am Brenner und dem metallischen Werkstück. Er entwickelt sehr hohe Temperaturen, sodass sich Zusatzwerkstoffe oder Elektroden an den Kontaktstellen der Metalle aufschmelzen lassen. Nach der Erstarrung entsteht dabei eine feste Verbindung. Experten unterscheiden beim Schmelzschweißen grundsätzlich folgende Verfahren:

  • Metall-Schutzgasschweißen (MSG): die Elektrode schmilz und wirkt selbst als Zusatzwerkstoff; Unterarten sind das Metall-Inertgasschweißen (MIG) und das Metall-Aktivgasschweißen (MAG)
  • Wolfram-Inertgasschweißen (WIG): die Elektrode schmilzt nicht; Schweißer müssen den Zusatzwerkstoff separat in den Lichtbogen halten

Bei allen drei Verfahren (MIG, MAG und WIG) kommen Schutzgase beim Schweißen zum Einsatz. Diese verdrängen die Luft und sorgen für saubere, lang haltende und hochwertige Schweißnähte.

Das Metall-Inertgasschweißen (MIG)

Das MIG-Verfahren zum Schweißen von Metallen setzt auf inerte oder inaktive Schutzgase, die selbst keine Reaktion mit den verwendeten Stoffen eingehen. Zum Einsatz kommen dabei in der Regel Argon, Helium oder Gemische beider Gase. Bei dem Schweißvorgang entsteht ein Kurzschluss zwischen Elektrode und Werkstück. Infolgedessen brennt ein Lichtbogen, dessen Wärme die Elektrode zum Schmelzen bringt. Die eingesetzten Schutzgase strömen dabei um Lichtbogen und Schweißnaht, um Luftsauerstoff und andere Substanzen fernzuhalten. Zur Anwendung kommt das MIG-Schweißen unter anderem bei Werkstücken aus Aluminium, Kupfer, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien. Es gilt als schnell und sicher, ist allerdings sehr Windanfällig. So könnte starker Wind das Schutzgas wegblasen und die Qualität der Schweißnaht schwächen.

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Das Metall-Aktivgasschweißen (MAG)

Das MAG-Verfahren zum Schweißen von Metallen setzt auf aktive Schutzgase, die eine Reaktion mit den verwendeten Stoffen eingehen können. Zum Einsatz kommen dabei überwiegend Mischgase aus Argon, Kohlendioxid und Sauerstoff. Das MAG-Schweißen unterscheidet sich ansonsten kaum vom MIG-Schweißen. Auch hier lässt ein Kurzschluss zwischen Elektrode und Werkstück einen Lichtbogen entstehen. Die große Wärme führt dazu, dass die Elektrode abschmilzt und die Schutzgase verdrängen die Luft von der Schweißnaht. Das MAG-Verfahren ist vor allem für grobe Schweißarbeiten an unlegierten, niedrig legierten und warmfesten Stählen geeignet. Es funktioniert schnell, zuverlässig und sicher, ist aber auch sehr windanfällig.

Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

Das WIG-Verfahren (aus dem Englischen auch TIG für Tungsten-Inert-Gas) setzt genau wie das MIG-Verfahren auf die inerten oder inaktiven Schutzgase Argon, Helium und Stickstoff. Diese gehen selbst keine Reaktion mit den verwendeten Stoffen ein und schützen Lichtbogen und Schweißnaht zuverlässig vor der Umgebungsluft. Während auch hier ein Kurzschluss zwischen Elektrode und Werkstück einen heißen Lichtbogen entstehen lässt, schmilzt die Elektrode selbst nicht ab. Das heißt, dass Schweißer zusätzliche Stoffe (Schweißdrähte oder Schweißstäbe) verwenden, die sie separat in den Lichtbogen halten. WIG-Schweißen ist grundsätzlich für alle Werkstoffe geeignet, kommt aber vor allem bei legierten Stählen und Leichtmetallen zum Einsatz. Es liefert sehr feine und hochwertige Schweißnähte, kann durch die hohe Windanfälligkeit jedoch nicht im freien erfolgen.

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Verschiedene Schutzgasflaschen im Vergleich

Schutzgase wie Argon, Helium und Co. lassen sich in Druck- oder Schutzgasflaschen transportieren und lagern. Diese gibt es in verschiedenen Größenordnungen zum Leihen, Kaufen oder Tauschen. Während Gasflaschen zum Kaufen keine monatlichen Ausgaben verursachen, kann es immer etwas dauern, bis Anbieter die Schutzgasflaschen füllen. Anders ist das bei Behältern zum Mieten oder Tauschen. Diese sind im Fachmarkt bereits befüllt erhältlich und somit schnell einsetzbar.

Übrigens: Schutzgasflaschen gibt es mit einer Füllung von 5, 10, 20 oder 50 Litern. Während kleinere Gasflaschen vor allem für mobile Anwendungen geeignet sind, lassen sich große Gasflaschen überwiegend in Werkstätten nutzen, in denen an einem festen Ort sehr viel geschweißt wird. Sie sind dafür unhandlicher und schlechter zu transportieren.

Schutzgasflasche füllen: So funktioniert es

Ist das Schutzgas zum Schweißen aufgebraucht, müssen Nutzer die Schutzgasflaschen füllen lassen. Diese Aufgabe übernehmen Anbieter für technische Gase. Am einfachsten ist dabei der Einsatz von Miet- oder Tauschflaschen. Denn hier können private oder gewerbliche Anbieter leere Gasflaschen einfach gegen volle austauschen. Eigene Schutzgasflaschen müssen zum Füllen zu den Anbietern gebracht werden. Das ist aufwendiger und in der Regel auch mit Wartezeiten verbunden.

Vorsicht bei Lagerung und Transport von Gasflaschen

Auch wenn viele Schutzgase eigentlich keine Gefahrstoffe sind, ist ihr Einsatz doch mit gewissen Risiken verbunden. Denn sie sind schwerer als Luft. Treten sie unbemerkt aus, können sie den Sauerstoff verdrängen und im schlimmsten Falle erstickend wirken. Um das zu verhindern, ist bei Lagerung und Transport der Schutzgasflaschen äußerste Vorsicht geboten. Was Anwender dabei beachten müssen, haben wir in den Beiträgen Gasflaschen: Transport mit Sicherheit und Gasflaschenschrank, Gasflaschen-Depot & Gasflaschen-Lagerbox übersichtlich zusammengestellt.

 

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