Geschichtliche Entwicklung der Schweißtechnik

Daten

• Ab 3200 v. Chr. - Hartgelötete Schmuckstücke der Sumerer
• ca. 1500 v. Chr. - Erste Funde geschweißter Teile- Feuerpreß- oder Hammerschweißen
• 1782 - Lichtenberg entdeckt den elektrischen Lichtbogen
• 1809 - Davy (engl. Physiker setzt den Lichtbogen als Lichtquelle ein
• 1867 - Eliku Thomsen entdeckt das Widerstandsschweißen von Stahl
• 1865 - Bernados und Olszewski erproben ein Lichtbogenschweißverfahren. Der Lichtbogen brennt zwischen einer Kohleelektrode und dem Werkstück
• 1890 - Slavianoff entwickelt ein Lichtbogenschweißverfahren mit abschmelzender Metallelektrode
• 1892 - Entdeckung des Acetylens
• 1895 - Entwicklung eines Verfahrens zur Verflüssigung von Luft durch LINDE
• 1896 - Dräger erfindet den Schweißbrenner mit Saug – und Druckdüse
• 1901 - Zum ersten Mal wird in Aceton gelöstes Acetylen verwendet
• 1904 - Oscar Kjellberg benutzt umhüllte Stabelektrode zum Reparaturschweißen
• 1937 - Unterpulverschweißen wird in Deutschland eingesetzt
• 1940 - Beginn des WIG-Schweißens in den USA unter Helium-Atmosphäre
• 1948 - Inertgasschweißen in Deutschland unter Argon-Atmosphäre (Argonarc)
• 1952 - Schutzgasschweißen unter CO2-Atmosphäre
• 1955 - Anwendung des Elektroschlacke-Verfahrens in der damaligen UdSSR
• 1956 - Auftragsscheißen mit Bandelektroden wird patentiert
• 1957 - Entwicklung des Elektroschlacke-Verfahrens
• 1957 - Anwendung des Plasmaschneidens
• 1961 - Patent für eine Elektronenstrahl-Schweißmaschine wird erteilt
• 1963 - Anwendung des Plasmaschweißens
• 1965 - Fülldrahtelektroden werden in der damaligen UdSSR entwickelt. Entwicklung von Gas- und Flüssigkeitslasern.

Von Anfang an

Als ältestes Verfahren der thermischen Verbindungstechnik gilt das Löten, welches bereits 3000 v. Chr. Bekannt war. Dies belegen Funde von Schmuckgegenständen aus sumerischen Königsgräbern. Da zunächst nur Gold, Silber und Kupfer verarbeitet wurden, handelte es sich nach den heutigen Begriffen um Hartlöten. Die örtlich begrenzte Wärmeeinbringung mit Hilfe eines Lötrohres wurde nachweislich um 1500 v. Chr. in Ägypten beschrieben, ist aber wahrscheinlich wesentlich älter.

Das Weichlöten sollen die Griechen bereits um 2000v. Chr. Gekannt haben, und um 300 v. Chr. wurde im gesamten Mittelmeerraum das Weichlöten mit dem Lötkolben angewandt. Bereits seit der Verwendung schmiedbaren Eisens ist auch das Verbindungsschweißen als Feuerschweißen, eine Form des Pressschweißens, bekannt und an Waffen, Geräten und Kunstgegenständen über mehr als 3000 Jahre nachzuweisen. In diesem Zusammenhang soll Glaukos von Chios (um 692 v. Chr.) genannt, der mit dem Schweißen von Eisen vertraut gewesen sein soll.

Es gilt aber als sicher, dass das Schweißen von Eisen auch schon sehr früh in Kleinasien ausgeübt wurde, und zwar um 1400 v. Chr. besonders aus dem Mittelalter gibt es zahlreiche Beispiele für hervorragende handwerkliche Leistungen auf dem Gebiet des Feuerschweißens wie Waffen, Rüstungen und Kettenhemden.

Auch das Wort Schweißen wird von dieser Technik hergeleitet; man brachte die Werkstückoberfläche zum Schwitzen (sie wurde glasig), und „schweißte“ dann die Werkstücke zusammen.

Lange Zeit war das Feuerschweißen das einzige Schweißverfahren, bis mit der Anwendung von Sauerstoff in Verbindung mit Brenngasen eine so heiße Flame erzeugt werden konnte, das eine Schmelzschweißung ohne Anwendung von Druck möglich wurde. In neuerer Zeit wird das echte Feuerschweißen – in Verbindung mit dem Kunstschmieden – nur noch selten angewandt.

Gasschmelzschweißen (früher Autogenschweißen)

Der früher verwendete Begriff „Autogen“ ist eine Zusammensetzung aus griech. „auto“(selbst) und lat. „genere“(erzeugen) und wurde erstmals 1840 von dem Franzosen Desbassayns de Richmont für die von ihm erfundene Arbeitsweise zum Zusammenfügen zweier Bleibleche durch Zusammenschmelzen mit einer Wasserstoff-Luft-Flamme ohne Zusatzwerkstoff gewählt. Er benutzte dazu eine verbesserte Ausführung des von Daniell (1790-1845) erfundenen Gebläsebrenners für Brenngas-Luftgemische.

Die eigentliche Entwicklung der Autogentechnik im heutigen Sinne begann jedoch erst mit der großtechnischen Erzeugung des Calciumcarbides durch Wilson (1892) und somit auch der Großentwicklung von Acetylen (1897), obwohl Calciumcarbid und das aus ihm durch Berührung mit Wasser entstehende Acetylen schon früher bekannt waren.

Nachdem LINDE 1898 die Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft entwickelte, konnte die Verbrennungsluft durch reinen Sauerstoff ersetzt und dadurch sowohl die Flammtemperatur als auch die Leistungsfähigkeit der Flamme erheblich gesteigert werden. Wiss konstruierte 1900 dazu einen wirksamen Wasserstoff-Schweißbrenner für Eisen und Stahl (Gleichdruckbrenner). Alsbald verdrängte das Acetylen den Wasserstoff als Brenngas, nachdem es Fouché 1903 gelungen war, einen auch für dieses Gas geeigneten Brenner zu bauen. Fast parallel dazu verlief 1901/1905 die Entwicklung des Brennschneidens, das bis heute zur Vorbereitung der Werkstücke zum Schweißen unentbehrlich ist.

Überwog bis 1914 da Gasschweißen, so gewannen vor allem zu Beginn der 20er Jahre das Lichtbogen- und Widerstandsschweißen zunehmend an Bedeutung, und haben nach 1945 das Gasschweißen weiter verdrängt. So wurde beispielsweise auch das Schweißen von NE-Metallen, vor allem elektrische der Leichtmetalle nach der Einführung des Schutzgasschweißens von diesem übernommen. Inzwischen bedienen sich aber auch andere Fertigungsverfahren der Acetylen- bzw. Brenngas-Sauerstoff-Flamme. Als Sammelbegriff für alle diese Verfahren hat sich der Begriff „Autogentechnik“ gehalten und ist in DIN 8522 ausführlich beschrieben.

Lichtbogenschweißen

Nach der Entdeckung des Lichtbogens 1821 durch Davy und der Erzeugung des elektrischen Stromes in großem Umfang gegen Ende des 19. Jahrhunderts war die Möglichkeit gegeben, elektrisches Schweißverfahren zu entwickeln. Doch bereits viel früher, nämlich 1792 schrieb G. Ch. Lichtenberg aus Göttingen an J.A.H. Reinmarius:

„Ich habe in diesen Tagen mittels der künstlichen Elektrizität etwas angerichtet, was sich bisher nur der künstliche Blitz vorbehielt, nämlich eine Uhrfeder und eine englische Feder-Messer-Klinge so zusammen geschmolzen, dass ein Teil der Urfeder und der Messerklinge in einem Tropfen zusammenliefen.“

Als Erfinder des Lichtbogenschweißens gilt jedoch der Russe Bernados. Ihm gelang es 1885, den Kohlelichtbogen für das Aufschmelzen an Metallen nutzbar zu machen. Bei diesem Verfahren verwendete er Gleichstrom, wobei die Kohleelektroden zur Vermeidung von Aufkohlung im Schmelzbad am Minuspol angeschlossen wurde, eventuell fehlender Werkstoff wurde, eventuell fehlender Werkstoff wurde durch stromlosen Zusatzdraht ergänzt.

Heute wird dieses Verfahren nur noch gelegentlich bei der Dünnblech- und Bördelnahtschweißung angewandt, existiert als Verfahrensvariante mit der Wolframelektrode (WIG-Schweißen) weiter. Diese seinerzeit neue Lichtbogentechnik erlangte größere Bedeutung für die Metallverarbeitung als der russische Bergbauingenieur und Metallurge Slavianoff 1890 den Zusatzdraht selbst als Lichtbogenträger benutzte. Er vereinigte somit Elektrode und Zusatzdraht. Durch den Lichtbogen zwischen Metallstab und Werkstück wurde nicht nur das Werkstück auf, sondern gleichzeitig auch die Elektrode abgeschmolzen. Slavianoff führte ein umfangreiches, schweißtechnisches Versuchsprogramm durch und schuf somit die Grundlagen zum elektrischen Lichtbogenschweißen, das im Prinzip das heute am meisten angewandte Schweißverfahren darstellt.

Es dauerte jedoch noch Jahrzehnte, bis das Lichtbogenschweißen entscheidend die Gestaltung der Ingenieurbauten beeinflusste. Als ein Meilenstein bei der Verbesserung des Verfahrens gilt die Einführung umhüllter Elektroden durch Kjellberg 1907.

--Anthony