Das Gasschmelzschweißen, wie Autogenschweißen auch genannt wird, ist eine der ältesten Schweißtechniken. Es gehört zur Gruppe der Schmelzschweißverfahren. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen benötigt man allerdings keinen Strom, sondern Brenngase. Diese liefern die benötigte Energie, um die Flamme des Schweißgeräts auf Temperatur zu bringen.
Autogenschweißen eignet sich besonders für Schweißarbeiten auf Baustellen oder im Handwerk. Überall dort, wo andere Schweißverfahren zu kompliziert oder unpraktisch wären, kommt Autogenschweißen noch heute zum Einsatz.
Die Themen im Überblick:
- Die Themen im Überblick:
- Entwicklung des Autogenschweißens
- Autogenschweißgerät: Aufbau & Funktion
- Gasschmelzschweißen – Schweißen mittels Brenngas, statt mit Strom
- Autogenschweißen – nach wie vor beliebt im Handwerk und auf der Baustelle
- Gut geeignet für Auftragschweißen
- Welche Brenngase sind zum Autogenschweißen geeignet?
- Gasverbrauch errechnen: So viel Brenngas wird benötigt
- Wie stelle ich die Flamme beim Autogenschweißen ein?
- Fazit
Entwicklung des Autogenschweißens
Bereits 1836 entdeckte Edmund Davy das Acetylen. Von da an war es möglich, deutlich heißere Flammen als mit dem bis dato genutzten Wasserstoff-Sauerstoff-Gemischen zu erzeugen. Kurz nach der Entdeckung entwickelte sich das Autogenschweißen.
Das Verfahren eignet sich zudem zum Beschichten durch Auftragschweißen und zum Brennschneiden.
Unkompliziert und leicht zu erlernen
Da ein Autogenschweißgerät unkompliziert aufgebaut und seine Anwendung leicht zu erlernen ist, wurde das Gasschmelzschweißen schnell zu einer beliebten Methode zum Fügen von Metallen. Bevorzugt im Handwerk und auf der Baustelle nutzen Schweißer bis heute das Gasschweißen mittels Sauerstoff und Acetylen. Für die Massenfertigung und Serienproduktion hingegen eignen sich andere Schweißverfahren besser. Sie erzeugen mehr Energie und sorgen für schnellere Durchlaufzeiten, wodurch sie sich gegenüber dem Autogenschweißen als wirtschaftlicher erwiesen haben.
Gasschmelzschweißen auch heute noch aktuell
Trotzdem hat das Gasschweißen mit dem Acetylen-Sauerstoff-Brenner noch immer seine Daseinsberechtigung: Handwerker schätzen die Flexibilität des Verfahrens. Zudem funktioniert ein Autogenschweißgerät ohne Stromquelle, was insbesondere auf Baustellen einen immensen Vorteil bietet.
Autogenschweißgerät: Aufbau & Funktion
Ein Autogenschweißgerät überzeugt durch seinen einfachen Aufbau. Dadurch ist es weniger fehleranfällig und benötigt im Bedarfsfall nicht viele Ersatzteile.
Acetylen und Sauerstoff als Brenngase
Autogenschweißer nutzen ein Gasgemisch aus Acetylen und Sauerstoff. Die Gase befinden sich üblicherweise in Flaschen, die auf einem Wagen gesichert sind. Diese sind durch zwei farblich markierte Schläuche mit dem Handbrenner verbunden. Nach aktueller Norm ist der Schlauch für das Acetylen rot, und der Schlauch für den Sauerstoff blau. Zwischen Gasflasche und Schlauch sind Druckminderer und eine Rückschlagsicherung angebracht. Die Sauerstoffflasche ist an der Flaschenschulter weiß gekennzeichnet und die Acetylenflasche ist vollständig in einem kastanienbraunen Farbton.
Kennzeichnungsfarben für Gummischläuche nach DIN EN ISO 3821
Zum Schweißen, Schneiden und verwandte Prozesse
| Gasart | Schlauchfarbe |
|---|---|
| Acetylen und andere Brenngase | rot |
| Sauerstoff | blau |
| Druckluft, Stickstoff, Argon, CO2 | schwarz |
| LPG, MPS, Erdgas, Methan | orange |
| mit Flussmittel versetzte Brenngase | rot-FLUX |
Feinjustierung des Mischverhältnisses der Gase am Handbrenner
Der Handbrenner verfügt über ein Sauerstoffventil und ein Brenngasventil (Acetylenventil) oberhalb des Handgriffes. Über diese stellt der Schweißer die Zufuhr des jeweiligen Gases stufenlos ein. Er ist somit in der Lage, das Mischverhältnis von Sauerstoff zu Acetylen jederzeit anzupassen und die Temperatur der Flamme zu verändern.
Sauerstoff unter Druck, Acetylen im Sog
Vor dem Handgriff befindet sich eine aufgeschraubte Mischdüse. Diese arbeitet nach dem Injektorprinzip. Im äußeren Kanal liegt die Druckdüse, durch welche Sauerstoff mit hohem Druck geführt wird. So entsteht eine Sogwirkung, die das Acetylen, unter geringerem Druck stehend, im äußeren Kanal ansaugt. Beides vermischt sich anschließend in einem Mischrohr. Am Kopf befindet sich die Schweißdüse. Dort entzündet der Schweißer das Gasgemisch durch einen sogenannten Bügelgasanzünder.
Gasschmelzschweißen – Schweißen mittels Brenngas, statt mit Strom
Im Mittelpunkt des Schweißverfahrens steht dann die erzeugte Flamme des Autogenschweißgeräts. Die verwendeten Brenngase sorgen für enorme Temperaturen, die das Schmelzen von Metallen überhaupt erst möglich machen.
So heiß wird eine Flamme beim Autogenschweißen
Durch die Einstellung des richtigen Mischungsverhältnisses von Acetylen und Sauerstoff kann die Flamme eines Autogenschweißgerätes Temperaturen von bis zu 3.200 °C erreichen. Diese Einstellung wird allerdings nicht zum Schweißen, sondern eher zum Schneidbrennen verwendet.
Zum Vergleich:
Beim WIG Schweißen erreicht das Material Temperaturen von bis zu 10.000 °C, beim Plasmaschweißen sogar bis zu 24.000 °C.
Die heiße Flamme schmilzt das Werkstück an den Fügestellen auf. Erkaltet das Material, geht es eine feste Verbindung ein. Größere Spalte können mittels Schweißstäben überbrückt werden.
Autogenschweißen – nach wie vor beliebt im Handwerk und auf der Baustelle
Die niedrige Wärmeleistung beim Autogenschweißen macht dieses Verfahren langsam und damit unwirtschaftlich für Serienproduktionen.
Auch wenn die Flamme im Vergleich zwar keine hohen Temperaturen erreicht, ist die Wärmeeinflusszone am Werkstück sehr großflächig. Dadurch kommt es zu Verzug und Spannungen im Bauteil.
Vorteile bei dünnen Werkstoffen und Zusatzwerkstoff
Die Vorteile des Autogenschweißens zeigen sich jedoch bei dünnen Materialien. Autogenschweißgeräte eignen sich optimal zum Schweißen von Blechen bis 8 mm Stärke. Die niedrige Wärmeleistung der Flamme bewirkt, dass Schweißer dünnwandige Werkstücke besser schweißen können als mit alternativen Verfahren.
Der Schweißer kann den Schweißstab unabhängig von der Flammleistung zuführen, was größere Flexibilität bei der Zugabe des Zusatzwerkstoffes nach sich zieht.
Autogenschweißen auch für Zwangslagen gut geeignet
Zum einfachen Schweißen von schwer zugänglichen Stellen und Zwangslagen eignet sich das Autogenschweißgerät jedoch hervorragend. Durch diesen Umstand und seine geringen Anschaffungs- wie Reparaturkosten erfreut sich das Autogenschweißgerät nach wie vor großer Beliebtheit im Handwerk und auf Baustellen.
Auftragschweißen durch Autogenschweißen
Die Nutzung des Autogenschweißens zur Beschichtung durch Auftragschweißen ist aufgrund der geringen Aufschmelzgrade sehr beliebt. Aufschmelzgrade von nur 5 % bis 10 % sind für den geübten Autogenschweißer erreichbar.
Exkurs Aufschmelzgrad:
Der Aufschmelzgrad gibt an, in welchem Verhältnis Grundwerkstoff und Schweißgut nach dem Erstarren des Materials stehen. Das Schweißgut ist der nach dem Schweißen erstarrte Werkstoff. Er besteht aus dem Grund-, dem Schweißzusatz- und dem Schweißhilfswerkstoff (Gase oder Pulver).
Welche Schweißstäbe eignen sich zum Autogenschweißen?
Der Schweißer muss den Schweißzusatzwerkstoff dem Grundwerkstoff entsprechend auswählen. Da er in der Lage ist, den Schweißstab unabhängig von der Flammleistung des Brenners zuzuführen, ist er in der Auswahl des Durchmessers jedoch relativ flexibel.
Zur Ausführung von Arbeiten durch Gasschmelzschweißarbeiten an unlegierten und niedriglegierten Stählen stehen sieben verschiedene Schweißstabklassen zur Auswahl (O I bis O VI). Am häufigsten finden die Klassen O III und O IV Verwendung.
Welche Brenngase sind zum Autogenschweißen geeignet?
Sauerstoff kann zusammen mit allen Brenngasen zum Autogenschweißen verwendet werden. Methan, Propan, Wasserstoff oder Erdgas eignen sich jedoch nicht so gut wie Acetylen; denn Acetylen erreicht eine höhere Flammleistung und Flammtemperatur.
Acetylen als Brenngas
Acetylen ist eigentlich ein Trivialname. Die korrekte chemische Bezeichnung für dieses Gas lautet Ethin mit der Summenformel C2H2. Acetylenflaschen sind mit einer porösen Masse aus Kieselgur und flüssigem Aceton gefüllt. Das Aceton löst das Acetylen und kann es so in großen Mengen speichern.
Diese Art der Lagerung dient der Sicherheit. Das Kieselgur verhindert im Falle eines Flammrückschlags beim Schweißen oder Brennschneiden den explosionsartigen Zerfall des Acetylens.
Eine 50 Liter-Flasche dieser Art kann bei 18,5 bar Druck bis zu 9.000 Liter gelöstes Acetylen speichern.
Reiner Sauerstoff erhöht zusätzlich die Temperatur
Der Sauerstoff beim Autogenschweißen sorgt für eine größere Flammtemperatur.
Das Gas wird ebenfalls in Flaschen gelagert, steht dabei aber unter erheblich größeren Drücken.
Eine 50 Liter-Flasche mit 200 bis 300 bar Fülldruck kann bis zu 15.000 Liter Sauerstoff enthalten.
Der Sauerstoff muss für eine optimale Verbrennung möglichst rein sein. Empfehlenswert ist ein Reinheitsgrad von mindestens 98 %, für das Brennschneiden sogar mehr als 99 %.
Achtung! Sauerstoffventile niemals mit herkömmlichen Ölen oder Fetten schmieren!
Öle und Fette sind in Kombination mit Sauerstoff hoch entzündlich!
Öle und Fette sind leichter entzündbar, als Sie vermuten. Durch hoch konzentrierten Sauerstoff sinkt die Zündtemperatur unter Umständen bis auf Raumtemperatur. Das Öl oder Fett kann sich explosionsartig selbst entzünden. Das Metall, aus dem die Ventile gefertigt sind, fungiert mitunter als zusätzlicher Katalysator. Daher gilt: Sauerstofflaschen und deren Ventile dürfen niemals mit üblichen, brennbaren Ölen oder Fetten geschmiert werden!
Darum sollten Sie sich und Ihre Arbeitskleidung niemals mit reinem Sauerstoff abdüsen, wie es mit Druckluftpistolen in vielen Werkstätten üblich ist. Es besteht akute Brandgefahr!
Gasverbrauch errechnen: So viel Brenngas wird benötigt
Der Gasverbrauch beim Autogenschweißen hängt von der Einstellung und der Größe des Brenners ab. Darum lässt sich nur ungefähr abschätzen, wie viel Gas Sie beim Schweißen verbrauchen werden. Eine Orientierungshilfe bietet Ihnen diese Tabelle:
| Brennergröße | 5 l Acetylen / Sauerstoff | 10 l Acetylen / Sauerstoff | 20 l Acetylen / Sauerstoff |
|---|---|---|---|
| Gr. 1 0,5 – 1 mm | 10,00 / 13,20 | 20,00 / 26,40 | 40,00 / 53,20 |
| Gr. 2 1 – 2 mm | 5,20 / 7,10 | 10,40 / 14,15 | 21,25 / 28,35 |
| Gr. 3 2 – 4 mm | 2,35 / 3,30 | 5,15 / 7,00 | 10,30 / 14,00 |
| Gr. 4 4 – 6 mm | 1,35 / 2,05 | 3,10 / 4,10 | 6,20 / 8,25 |
| Gr. 5 6 – 9 mm | 1,00 / 1,25 | 2,05 / 2,45 | 4,10 / 5,35 |
Wie stelle ich die Flamme beim Autogenschweißen ein?
Der Schweißer unterscheidet zwischen Schweißkopf und Brennerkopf.
Die Flamme des Schweißkopfes einstellen:
Ventile der Gasflaschen aufdrehen.
Acetylen: 5 bis 7 psi
Sauerstoff beim Autogenschweißen: 7 bis 10 psi
Sauerstoff beim Schneidbrennen: 10 bis 15 psi
Acetylenventil leicht aufdrehen und anzünden
> dunkelrot-orange, rußige Flamme
Sauerstoffventil öffnen und langsam aufdrehen, Flamme nicht ersticken
> blaue Flamme mit weißer innerer, ca. 9 mm langen Spitze
Regelung der Flamme durch Verstellen der Ventile
Die Flamme des Brennkopfes einstellen:
Der Brennkopf hat zwei Sauerstoffventile. Eines der beiden ist gesperrt und wird durch einen Hebel ausgelöst.
Durch Hebel gesperrtes Ventil vollständig öffnen
Acetylenventil leicht öffnen
Anzünden > dunkelrot-orange, rußige Flamme
Zweites, nicht gesperrtes Sauerstoffventil öffnen und langsam aufdrehen,
Flamme nicht ersticken,
> blaue, etwa 5 cm lange Flamme mit blaugelber Innenflamme von ca. 1 cm
Material mit dieser Flamme erhitzen bis es kirschrot wird
Hebel drücken
> Die Flamme wird laut und hat mehr Energie. Das Material wird geschnitten
Bei beiden Verfahren ist äußerste Vorsicht in Bezug auf Gaslagerung und Ausführung der Trenn- sowie Schweißarbeiten geboten. Geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) ist obligatorisch anzulegen!
Welche Flammen gibt es?
Es lassen sich drei grundlegende Arten von Flammen beim Gasschweißen einstellen:
1. Neutrale Flamme
Durch ein Verhältnis von Acetylen zu Sauerstoff von 1:1, in der Praxis 1:1,2. Die heißeste Stelle liegt in der Kernflamme, etwa 3 cm vor dem Flammkegel, und wird zum Schweißen verwendet.
2. Oxidierende Flamme
Durch Sauerstoffüberschuss zum Schweißen von Messing. Die Flamme ist kürzer, blau-violett mit spitzem Flammkegel.
3. Aufkohlende Flamme
Durch Sauerstoffmangel. Der Kohlenstoff wird nicht vollständig zu Kohlenmonoxid verbrannt. Diese Flamme wird zum Aufkohlen von z. B. Gusseisen verwendet.
Autogenschweißen: Bewährtes Verfahren, weiterhin beliebt im Handwerk
Das Autogenschweißen hat viele Anwendungsmöglichkeiten, die es für den Handwerker unersetzbar machen. Der simple Aufbau der Autogenschweißgeräte macht sie wartungsarm und preiswert in der Anschaffung. Da die Flamme unempfindlich gegenüber Luftzug ist, kann das Gasschweißen wunderbar im Freien praktiziert werden.
Je reiner der Sauerstoff, desto besser lässt sich mit dem Autogenschweißgerät auf der Baustelle Schweißen und Brennschneiden.
Für die Großproduktion in der Industrie weniger geeignet
Für die Industrie in der Produktion ist es aufgrund der niedrigen Flammenergie und Flammtemperatur eher unwirtschaftlich, das Verfahren zu nutzen. Dennoch sollte ein ordentliches Autogenschweißgerät in einer Betriebsschlosserei nicht fehlen, um Material vorzuwärmen, festsitzende Verbindungen zu lösen oder Stangen zu richten.
Das Verfahren ist zwar alt, aber dafür sehr bewährt. Modernste Acetylenflaschen machen die Lagerung des Gases sicherer denn je. Ausgebildetes Personal, das im Umgang mit Sauerstoff-Acetylen-Brennern geschult ist, kann sich auf die mehrstufigen Sicherungssysteme gegen Flammrückschlag verlassen, sollte jedoch trotzdem immer eine offene Nase für ausströmendes Gas haben.
