Mit Plasmaschweißen durch dick und dünn

Obwohl es das Plasmaschweißen schon seit vielen Jahrzehnten gibt und es erfolgreich in den verschiedensten Branchen eingesetzt wird, verbinden es viele nur mit dem Schweißen von Folien (Mikroplasma) und dem Schweißen im Behälterbau mit Materialstärken von 3 bis 10 mm (Plasmastichloch). Allerdings bietet das Verfahren darüber hinaus viel mehr, worüber aber meist nur wenig bekannt ist.

07. März 2013

Diese geringe Bekanntheit liegt hauptsächlich darin begründet, dass fast alle interessanten Anwendungen (über die es sich an solch einer Stelle zu berichten lohnen würde) mit einer Geheimhaltungsvereinbarung belegt sind. Dadurch schützen sich die Anwender des Plasmaschweißverfahrens vor ihrer Konkurrenz und sichern sich so einen technischen Vorsprung durch ihr Fertigungsverfahren.

Außerdem wird das Plasmaschweißen immer noch als schwierig einzusetzender Prozess eingestuft. Diese Einschätzung resultiert jedoch meistens mehr aus Unerfahrenheit und Angst, neue „alte Techniken“ in der Praxis einzusetzen. Vor allem durch neue Entwicklungen im Bereich der Geräte, Steuerungstechniken und Brennertechniken konnte die Praxistauglichkeit wesentlich verbessert werden, und die Umsetzung des Plasmaschweißverfahrens in die Serienfertigung stellt heute kein Problem mehr dar.

Da das Plasmaschweißverfahren oft in Sonderanwendungen eingesetzt wird, wo die gängigen Schweißverfahren an ihre Grenzen kommen, ist eine Klassifizierung des Verfahrens nach Anwendungen und/oder Branchen recht schwierig. So kann vor allem das theoretische Verständnis des Verfahrens mit seinen Möglichkeiten den Produktentwicklern eine Grundlage bilden, über den Einsatz des Plasmaschweißverfahrens nachzudenken (und das möglichst schon bei der Konstruktion und den entsprechenden Nahtgeometrien).

„dünn“ = Mikroplasmaschweißen

Das Mikroplasmaschweißen ist weitgehend bekannt, und hier bietet das Verfahren deutliche Vorteile, da diesem Bereich Standardschweißverfahren (WIG/MIG/MAG) nicht einsetzbar sind. Verwendet wird das Verfahren beim Verschweißen dünner Folien ab 0,1 mm, z. B. von Membranen oder Faltenbälgen (Kompensatoren). Der große Vorteil des Mikroplasmaschweißverfahrens liegt darin, dass man den Schweißlichtbogen mit 0,5 A zünden und auch schweißen kann. Selbst das Verschweißen von Folien mit 0,1 mm Wandstärke gelingt noch von Hand.

„dick“ = Plasmastichlochschweißen

Auch das Plasmastichlochschweißen ist vielen ein Begriff. Es wird vor allem von Behälterbauern eingesetzt (Materialstärken 3 bis 10 mm). Hiermit werden z. B. die Biertanks für Brauereien oder auch Weintanks gefertigt. Das Verfahren bietet durch seine spezielle Lichtbogencharacteristik eine hohe Qualität bei geringen Produktionskosten.

Was kommt zwischen „dick“ und „dünn“?

Der Bereich zwischen „dick und dünn“ ist weitgehend unbekannt und häufig umstritten. Aber es gibt in den letzten Jahren immer mehr Anwendungen, bedingt durch neue Anforderungen in der Automobilindustrie und die Weiterentwicklungen im Bereich der Schweißbrenner, der Schweißanlagen und der Steuerungsmöglichkeiten durch moderne SPS-Systeme.

So ist vor allem das Kurzzeitschweißen (Schweißzeit 20 ms bis 2 s) eine stark wachsende Möglichkeit mit vielen Anwendungen aus dem Automotivbereich und in der Herstellung elektronischer Bauteile. Vor allem das Downsizing bei Verbrennungsmotoren und der hierdurch bedingte Einsatz von Turboladern stellen hohe Anforderungen an die Qualität und Produktivität des Verfahrens. So können laut Mig-o-mat beim Plasmakurzzeitschweißen bis zu 30-fach höhere Standzeiten der Verschleißteile gegenüber dem bisher oft eingesetzten WIG Verfahren erreicht werden, und das bei besserer Qualität.

Auch die Anforderungen an die Crash-Festigkeit bei Bauteilen im Automotivsektor sind gestiegen. So reichte in der Vergangenheit oft ein einfaches Stanzteil, mit einem Omega-Verschluss gesichert, aus. Heute wird die Messlatte höher gelegt und eine zusätzliche Sicherung mittels eines Schweißpunktes gefordert (z. B. bei Kopfstützen). Hier kommen die Teile meist direkt aus einer Presse und werden (meist noch stark verölt) in einer nachfolgenden Anlage direkt mit einem Sicherungsschweißpunkt versehen.

Auch in der Luft- und Raumfahrt wurden in der Vergangenheit neue Möglichkeiten für Schweißverfahren gesucht. Hier böte das Plasmaschweißen gegenüber dem oft favoritisierten Laserschweißen häufig entscheidende Vorteile durch höhere zulässige Bauteiltoleranzen und deutlich niedrigere Investitionskosten, behauptet man bei Mig-o-mat. Durch die Entwicklungen der letzten Jahre stehen jetzt spezielle Plasmastromquellen nach DIN65153 (Abnahmeprüfungen für Plasmaschweißeinrichtungen in der Luft- und Rumfahrt) zur Verfügung.

Auch für das Verschweißen von Kunststoffschläuchen in der Medizintechnik stellt das Plasmaverfahren eine Alternative zu herkömmlichen Verfahren dar. Hier wird mit einem „indirekten“ Lichtbogen gearbeitet, und die Kunststoffschläuche werden unter einer Schutzgasathmosphäre längs zusammengefügt. Hierdurch werden Verunreinigungen durch minimale Verbrennungen des Kunststoffmaterials weitgehend vermieden.

Anwendung

Für die Anwendung des Plasmaverfahrens ist viel Erfahrung notwendig. Ein unerfahrener Anwender sollte sich laut Mig-o-mat unbedingt Unterstützung durch spezielle Fachfirmen holen, die sich täglich mit dem Plasmaschweißen auseinandersetzen. Die Auswahl des richtigen Schweißbrenners, die richtige Gerätetechnik und die Einstellung der Prozessparameter entscheiden meist über den Erfolg beim Einsatz des Verfahrens, auch wenn dieses in den letzten Jahren einfacher geworden ist durch die Weiterentwicklungen im Bereich der Brenner- und Anlagentechnologie, der Bedienerfreundlichkeit und Flexibilität moderner Plasma-Schweißstromquellen. Mit zu der Entwicklung beigetragen hat vor allem die Einführung von SPS-Systemen mit Touch-Bedienpanels. Hierdurch kann ein auf den Prozess und die Wünsche des Bedieners abgestimmtes Bedienkonzept entwickelt werden, so dass die Vielzahl von Parametern und Komponenten (vor allem bei komplexen Automationslösungen) auf einen Blick erfolgen kann.