Autogenschweißen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Bei dem Schweißen von Stahlrohren, Flanschen und Blechen wird zwischen dem Nachlinksschweißen (Linksschweißen <3 mm Rohrwand-/Blechdicke) und Nachrechtsschweißen (Rechtsschweißen >3 mm Rohrwand-/Blechdicke) unterschieden. Das Autogenschweißen wird eingesetzt, wenn die Schweißnähte schlecht zugänglich sind, also vor Ort auf der Baustelle und in allen Lagen, unter bestimmten Umständen auch mit einem Spiegel (Linksschweißen). An diesen Stellen ist in der Regel ein Schweißen mit einem E-Schweiß- oder Schutzgashandstück nicht möglich.

Leider wird des Autogenschweißen in vielen Betrieben nicht mehr angewendet, weil die Kosten des Schweißens relativ hoch sind, eine erhöhte Gefahrenlage beim Gasschweißen vorhanden ist und auch die heutige Ausbildungspläne im SHK-Handwerk die früher üblichen Schweißkurse nicht mehr vorsehen. Außerdem gibt es immer neue Rohrverbindungstechniken.
In der Praxis gibt es Probleme, wenn in den Aufträgen (z. B. Fernheizungen, Rohrleitungsbau) das Autogenschweißen gefordert wird. Hier fehlen oft die Monteure mit den entsprechenden Schweißberechtigungen (gültige Schweißpässe).

Beim Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen oder Acetylenschweißen) wird das Metall mittels offener Flamme, die bei der Verbrennung von Ethin (C2H2 - Acetylen) und Sauerstoff (O2) entsteht, erhitzt und direkt oder durch Zugabe von speziell legiertem Schweißdraht miteinander verbunden. Die Schweißgase werden auch bei dem Brennschneiden eingesetzt.

Schweiß- und Schneidgarnitur

Druckminderer


RE 17 Dreigas-Anlage AMS 5/5

Quelle: Rothenberger Werkzeuge GmbH

Eine leicht reduzierende Flamme wird für das Schweißen von Messing und Bronze verwendet und kann auch zum Fugenlöten eingesetzt werden. Die Flamme hat einen leichten Sauerstoffüberschuss.
Eine neutrale Schweißflamme werden für alle Schweißarbeiten an Stahl und Kupfer eingesetzt. Diese Flamme hat einen scharf abgegrenzten Flammenkegel, der kurz vor dem Übergang zum Kohlenstoffkegel erreicht ist.
Eine Acetylenüberschussflamme (leicht aufkohlende Flamme) wird für das Schweißen von Gusseisen, Aluminium, Blei und Zinklegierungen eingesetzt. Hier wird  Acetylen mit soviel Sauerstoff gemischt wird, dass sich eine deutlich leuchtende gelbe Zone (Aufkohlzone) vor der Kernflamme bildet.

 

 

 

 

 

 

 

Schweißgerät
Zu einem Schweißgerät gehören mindestens je eine Acetylen- und Sauerstoffflasche. Auf den Flaschen ist jeweils ein Druckminderventil aufgeschraubt, um den Flaschendruck auf den jeweiligen Arbeitsdruck zu reduzieren. Danach sind Absperrventile und Flammensicherungen (Gebrauchsstellenvorlagen) angeordnet, damit die Flamme nicht in die Flaschen zurückschlagen kann.
Die Schweißflamme wird am Handstück (Griffstück) eingestellt, wobei Acetylen und Sauerstoff im Verhältnis 1:1 bis 1,2:1 gemischt werden. Diese Flamme nennt man neutrale Flamme. Sie kann "hart" oder "weich" eingestellt sein, je nach der Geschwindigkeit, mit der das Gasgemisch aus der Brennermündung strömt. Die Einstellung ist von der Materialdicke abhängig. Die Flamme wirkt bei diesem Mischverhältnis reduzierend, d. h. dass kein Luftsauerstoff mit dem Werkstück eine Verbindung eingehen, und somit eine Oxidschicht bilden kann, die eine gute Verschweißung verhindern würde. Das Acetylen-Sauerstoffgemisch verbrennt in zwei Stufen. In der ersten Stufe findet an der Brennerspitze (Schweißeinsatz, Schweißbrenner) zunächst eine unvollständige Verbrennung statt. Die dadurch entstandenen Gase Kohlenmonoxid und Wasserstoff brauchen zu ihrer restlosen Verbrennung weiteren Sauerstoff, welchen sie aus der umgebenden Luft holen.
Durch die zweistufige Verbrennung wird eine sauerstofffreie Zone um den Flammenkegel gebildet. Diese Zone wird als Schweißzone bezeichnet und wirkt reduzierend. Die reduzierende Zone hat außerdem den Vorteil, dass in ihr, etwa 2 – 4 mm vor dem Flammenkegel, die höchste Temperatur der Flamme liegt (etwa 3200 °C).
In Betrieben, in denen hauptsächlich hartgelötet wird, verwendet man statt Aceztylen aus wirtschaftlichen Gründen Propan in Verbindung mit Sauerstoff. Erfahrene Monteure können auch ohne einen Düsenwechsel damit schweißen und brennschneiden. Zu beachten ist, dass Flüssiggas schwerer als Luft ist, also bei Arbeiten unter Bodengleiche (Keller, Gruben.) nicht eingesetzt werden darf, und die Temperatur der Schweißflamme nur ca. 2.850 °C hat.
Schweißbrenner (Schweißeinsätze)
Im Schweißbrenner (Schweißeinsatz) werden Sauerstoff und Acetylen im Verhältnis 1:1 bis 1,2:1 gemischt und muss erhalten bleiben. Der Sauerstoffdruck wird mit einem höheren Druck als das Acetylen zugeführt. Deswegen wird ein Injektorbrenner eingesetzt. Der Sauerstoff strömt durch die Düse ein. Dabei entsteht hinter der Mischdüse ein Unterdruck, wodurch das einströmende Acetylen angesaugt und mitgerissen wird. Im Mischrohr vermischen sich die Gase und strömen mit hoher Geschwindigkeit aus der Schweißdüse aus.
Die Schweißbrenner sind sog. Wechselbrenner, die mit einer Überwurfmutter am Griffstück eingesetzt werden. Hier passt auch auch ein Schneidbrenner. Die Brennergrößen richten sich nach der zuschweißenden Materialdicke (1 > 0,5 - 1 mm, 2 > 1 -2 mm, 3 > 2 - 4 mm, 4 > 4 - 6 mm, 5 > 6 - 9 mm, 6 > 9 - 14 mm). Die Brennergröße und der notwendige Sauerstoffdruck ist auf dem Schweißbrenner eingestempelt.
Der Gasverbrauch wird über die mittlere Materialdicke ermittelt (Materialdicke mal 100 = Gasverbrauch pro Stunde).
Schweißflamme einstellen
und anzünden
1. Flaschenventile um höchstens eine halbe Umdrehung öffnen.
2. Arbeitsdruck an den  Druckminderer einstellen. Die Einstellschrauben hierbei im Uhrzeigersinn drehen, bis das Arbeitsmanometer den gewünschten Druck (Sauerstoff 1,8 – 2,5 bar, Acetylen 0,2 – 0,8 bar) zeigt.
3. Absperrventile beider Druckminderer öffnen.
4. Schläuche durchspülen und Gasmengen einstellen.
- Sauerstoffabsperrventil am Griffstück um eine Umdrehung öffnen. Sauerstoff einige Sekunden lang ausströmen lassen.
- Dann Ventil schließen, bis nur noch eine geringe Gasströmung vorhanden ist.
- Acetylenabsperrventil am Griffstück um eine Vierteldrehung öffnen. Gasmischung einige Sekunden lang ausströmen lassen.
5. Flamme entzünden.
– Darauf achten, den Schweißbrenner so zu halten, dass niemand gefährdet werden kann.
– Einen Anzünder verwenden.
– Flamme mit den Ventilen am Griffstück justieren.
6. Flamme Löschen
- Zuerst das Brenngasventil am Griffstück schließen
- dann das Sauerstoffventil.

Nachlinksschweißen

Nachlinksschweißen (Linksschweißen) kommt bei Stahlrohren bis zu 3 mm Wanddicke, die in "normalen" Warmwasserheizungen vorhanden sind, zum Einsatz. Die Flamme zeigt in Schweißrichtung, wodurch das Schmelzbad außerhalb der höchsten Temperaturzone liegt und so klein gehalten werden kann. Die Flamme schmilzt die Ränder des Materials ab, wobei die Brennerspitze im Kreis oder in Halbkreisen geführt wird. Der Schweißdraht wird vor der Flamme links geführt und unter dem Flammenkegel mit tupfenden Bewegungen in das Schmelzbad abgeschmolzen. Die fertige Schweißnaht befindet sich rechts.
Bei Materialdicken über 3 mm ist ein Durchschweißen nicht möglich. Es bildet sich keine Wurzel, wodurch die Festigkeit der Naht zu gering ist. Hier sollte das Rechtsschweißen eingesetzt werden.

Nachrechtsschweißen

Nachrechtsschweißen (Rechtsschweißen) kommt bei Stahlrohren ab 3 mm Wanddicke zum Einsatz. So sind z. B. Schweißnähte in Nah- und Fernwärmeanlagen und im Rohrleitungsbau nur durch Rechtsschweißen auszuführen. Die Monteure müssen die Schweißerprüfung nach DIN EN 287 vorweisen können.
Die Flamme zeigt auf die bereits geschweißte Naht, also entgegen der Schweißrichtung und schmilzt die Materialwandungen bis zur Unterkante ab. Dabei bildet sich eine birnenförmige Öffnung (Öse). Die Brennerspitze wird nicht hin- und herbewegt, sondern hält nur die Öse offen, ohne die Schweißnaht zu überhitzen. Die Schweißraupe wird nur durch den Schweißdraht, der mit kreisender Bewegung im Schmelzbad reibend abgeschmolzen wird, gefomt. Das Abschmelzen der Drahtspitze muss beobachtet werden, damit sich eine gleichmäßige Unterraupe bildet.
Um eine fachgerechte Schweißnaht herstellen zu können, muss die Naht richtig vorbereitet werden. Hierbei ist auf die richtige Schweißfugendicke (= Schweißdrahtdicke) und saubere Heftstellen zu achten. Außerdem darf kein Zunder vom Brennschneiden vorhanden sein.


Schneidbrenner

Fehler beim Brennschneiden

Brennschneiden
Das Brennschneiden ist ein thermisches Trennenverfahren (autogenes Brennschneiden), bei dem der Werkstoff (unlegierter und niedriglegierter Stahl) durch eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme (Vorwärmflamme, Heizflamme) örtlich auf die Entzündungstemperatur (ca. 1.150 °C) erwärmt und im reinen Sauerstoffstrahl verbrennt (oxidiert). Das ausgeblasene Material (Oxide) hinterlässt eine Schnittfuge. Bei diesem Vorgang entsteht Wärme (exotherme Reaktion). Durch diese Reaktionswärme und durch die von der Heizflamme abgegebene Wärme entsteht eine fortlaufende Verbrennung (Oxidation).
Bei Stahl erhöht sich mit steigendem Kohlenstoffgehalt die Entzündungstemperatur, aber die Schmelztemperatur nimmt ab. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 1,6 % bis 1,8 % ist die Entzündungstemperatur zum Brennschneiden nicht mehr geeignet. Legierungsbestandteile (Chrom, Nickel, Wolfram) beeinflussen auch die Brennschneideignung des Stahls, da die Oxide dieser Bestandteile einen hohen Schmelzpunkt haben. Die Wärmeeinwirkung beim Brennschneiden von Stahl kann im Schnittflächenbereich auch eine Aufhärtung, Eigenspannungen und Risse verursachen. Die Aufhärtung hängt vom Kohlenstoffgehalt und von der Abkühlgeschwindigkeit ab, Eigenspannungen werden bei geringer Schneidgeschwindigkeit größer und Risse bilden sich bereits bei Stählen mit mehr als 0,3 % Kohlenstoff. Durch zusätzliche Wärmeeinbringung mit einem Wärmebrenner während des Brennschneidens und durch Vorwämen kann die Rissgefahr vermindert werden.
Richtige Flammeinstellung bei Acetylen-Sauerstoff:
Der Schneidsauerstoffstrahl muß gerade und zylindrisch aus der Düse strömen und darf nicht flattern. Die Heizflamme soll den Sauerstoffstrahl konzentrisch umgeben.
Der Schneidsauerstoffdruck (Stahlrohre > 2,5 - 3 bar [Acetylen > 0,3 bar]) ist von der Materialdicke, dem Brenner und der Düse abhängig. Die Heizflamme muss neutral (scharf abgegrenzter Flammenkegel) und weich eingestellt sein, damit es nicht zur Überhitzung kommt.
Wärmzonen der Acetylen-Sauerstoff-Flamme:
Zone 1: Kern und leuchtende Hülle 400 - 600 °C
Zone 2: Schneid- und Schweißbereich 2 bis 5 mm vor der Düse ca. 3.200 °C
Zone 3: Streuflamme rund 2.000 °C

Gefahren beim Gasschweißen
Beim Gasschweißen und Flammlöten ist die Wärmequelle eine Flamme, die von einem Brenngas-Sauerstoff-Gemisch gespeist werden. Während beim Gasschweißen ausschließlich Acetylen als Brenngas benutzt wird, kommen beim Flammlöten auch Erdgas, Propan und Wasserstoff zum Einsatz. Brenngas-Luft-Gemische mit Acetylen sind bei 300 °C zündfähig, mit Propan bei 470 °C, mit Wasserstoff bei 560 °C und mit Erdgas bei 590 °C. Eine Explosionsgefahr besteht für Brenngas-Luft-Gemische ab 2 Vol.-% Brenngasanteil. Deshalb darf man Brenngas nie unnötig ausströmen lassen.
Sauerstoff ist selbst nicht brennbar, fördert aber jede Verbrennung erheblich und führt zu einen schneller und intensiver Verbrennung. Außerdem macht es die Flamme heißer und kann Öl und Fett schlagartig zünden. Deshalb darf man Sauerstoff nie zweckentfremden, nie mit Sauerstoff belüften oder kühlen, nie mit Sauerstoff die Kleidung ausblasen, nie Öl und Fett in den Sauerstoffstrom bzw. an die Sauerstoffarmaturen bringen und vorallen nie mit öligen oder fettigen Händen in den Sauerstoffstrom greifen.
Undichtigkeiten führen oft zu einem unbemerkten Austreten von Brenngas oder Sauerstoff. Deshalb muss man stets auf die Dichtigkeit aller Anschlüsse und Verbindungen achten und angeschlossene Brenner dürfen nicht in den Werkzeugkasten gelegt werden. Gasschläuche sind eine Schwachstelle und bedürfen besonderer Aufmerksamkeit. Gasschläuche müssen gegen Abrutschen von den Schlauchtüllen gesichert werden, poröse oder beschädigte Schläuche müssen ausgewechselt werden, die Gasschläuche müssen gegen Überfahren gesichert werden. Allgemein darf nur mit intakten Geräten gearbeitet werden und die Flaschenventile sollten langsam aber zügig geöffnet werden.
Bei Fehlbedienungen des Brenners oder bei Benutzung eines defekten Gerätes kann ein Flammenrückschlag die Folge sein. Mögliche Folgen sind ein Schlauch- oder Flaschenzerknall und Brandverletzungen des Schweißers.
Weitere Gefahren drohen durch die optische Strahlung beim Gasschweißen oder Flammlöten im sichtbaren oder infraroten Bereich. Auch ist die Blendwirkung zu beachten. Schutz bieten Schweißerschutzbrillen nach DIN 58112 Verwendungsbereich 6 ober 7 mit Schweißerschutz-filter nach DIN 4647 Schutzstufe 2 - 7 je nach Gasdurchsatz beim Flammlöten oder Schutzstufe 4 - 7 je nach Gasdurchsatz beim Gasschweißen.
Die Lärmentwicklung spielt beim Gasschweißen keine Rolle, da durch einen kleinen Brennereinsatz das Gasschweißen geräuscharm ist. Beim Flammlöten kann der Schallpegel durchaus über 85 dB(A) liegen. Deshalb sollte man entweder lärmarme Mehrlochdüsen verwenden oder Gehörschutz beim Flammlöten tragen.
Sowohl beim Gasschweißen wie beim Flammlöten entstehen bei der Verbrennung Schadstoffe, wobei die wesentlichen Gefährdungen von nitrosen Gasen (= Stickoxide = NOX) ausgeht. Nitrose Gase sind im wesentlichen NO2 (MAK: 5 ml/m3) und NO, N2O4, N2O3 und sind Reizgase mit einem stechenden Geruch, die zu Übelkeit und Kopfschmerzen und sogar zu schweren Lungenschäden führen können. Da beim Flammlöten ein Flußmittel eingesetzt wird, entstehen dort auch Fluor-, Kalium- und Borverbindungen. Bei beiden Verfahren können giftige Rauche beim Verarbeiten von Blei- und Kupferwerkstoffen, verzinkter oder cadmierter Teile oder farb- oder kunststoffbeschichteter Teile entstehen. Dann ist eine zusätzliche örtliche Absaugung notwendig.
Als Vorsichtsmaßnahme sollte man die Flamme nicht unnötig brennen lassen und den Brenner auch in kurzen Pausen zwischen den Arbeitsgängen abschalten. Außerdem ist eine gute allgemeine Raumlüftung notwendig und wegen dem Auftrieb der heißen Gase sollte die Entlüftungsöffnung oben angeordnet sein.

Um hier Unfälle zu vermeiden und die eigenen Augen zu schützen, ist es mehr als ratsam, bei dieser Arbeit eine Schutzbrille zu tragen. Dabei gibt es für die verschiedenen Verwendungsbereiche Brillen mit unterschiedlichen Schweißerschutzfiltern: für die Verwendungsbereiche 6 oder 7 Filter nach DIN 58112, für die Verwendungsbereiche 2 bis 7, bzw. 4 bis 7 - hierbei muss der Gasdurchsatz beim Flammlöten berücksichtigt werden - kommen Brillen mit Filtern nach DIN 4647 zum Einsatz.
Schweißen - Schneiden - Löten
Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitauf-wändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmah-nung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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