Schweißen von verzinkten Bauteilen
Wie kann verzinkter Stahl verschweißt werden?
Das Schweißen von verzinkten Stählen bringt einige Besonderheiten mit sich. Welche Gefahren bei diesem Verfahren entstehen und wie diese zu beseitigen sind, wie die Werkstücke vorbereitet werden müssen, was und wie geschweißt werden kann und was wiederum nicht geschweißt werden soll... In diesem Beitrag werden wir alle Aspekte durchleuchten und aufklären.
Folgende Themen werden behandelt:
▶ Welche Gefahren entstehen beim Schweißen von verzinkten Stählen?
▶ Wie muss ein verzinkter Bauteil vor dem Schweißen vorbereitet werden?
▶ Welches Schweißverfahren für verzinkte Bauteile?
▶ Welche Schutzmaßnahmen sind für Schweißen von verzinkten Werkstücken erforderlich?
▶ Welche Besonderheiten gibt es beim Schweißen von verzinkten Bauteilen?
▶ Wie soll das Werkstück nach dem Schweißen bearbeitet werden?
▶ Kann man ein dünnes Blech aus verzinktem Stahl schweißen?
▶ Was wenn die Entfernung von Zinkschicht nicht möglich ist?
Gefahren beim Schweißen von verzinkten Bauteilen
Beim thermischen Verbinden durch Schweißen wird die Metalloberfläche an der Schweißnahtstelle einer Temperatur von ca. 1200 Grad ausgesetzt. Das Zink schmilzt schon bei 906 Grad Celsius. Dadurch brennt die Zinkschicht beim Schweißen ab. Der Schweißrauch enthält hohe Konzentrationen an Zinkoxid, der aus der Beschichtung durch Verdampfen und Oxidation entsteht. Und diese Zinkoxiddämpfe sind sehr giftig!
▶ Grundsätzlich gilt also, das Schweißen nach dem Feuerverzinken sollte möglichst vermieden werden.
Allerdings sind Schweißarbeiten nach dem Feuerverzinken nicht immer ganz vermeidbar und können aus verschiedenen Gründen erforderlich sein.
Einerseits ist es nicht immer möglich Bauteile komplett zu fertigen, bevor sie verzinkt werden - sperrige Bauteile, oder sehr breite oder lange Teile die sich in den Verzinkungsbäder nicht eintauchen lassen sind öfters Mal der Fall. Manchmal sind auch Nacharbeiten oder durch Fehler entstandene Korrekturen notwendig, die erst auf der Baustelle entdeckt werden.
Wenn bei einem Schweißverfahren mit hohen Schadstoffkonzentrationen in der Luft am Arbeitsplatz gerechnet wird, ist der Einsatz von Absaugeinrichtungen die wirksamste und gleichzeitig eine absolut notwendige Schutzmaßnahme!
Für den Schweißer ist das Schweißen an verzinkten Bauteilen nicht nur gesundheitlich gefährlich, sondern auch technisch schwieriger. Die beim Schweißen entstehenden grauweißen Zinkoxiddämpfe erschweren die Arbeit indem sie die Sicht behindern. Die entstehenden Spritzer machen den gesamten Schweißverlauf unruhig und durch die geschmolzene Zinkschicht können Poren in der Schweißnaht entstehen. Deshalb sollte die Zinkschicht vor dem Schweißen an den zu schweißenden Stellen immer zuerst entfernt werden.
Vorbereitung vor dem Schweißen
Wenn ein Bauteil aus verzinktem Stahl geschweißt werden soll, muss die Verzinkung erstmal entfernt werden.
Die Verzinkung lässt sich am besten an den entsprechenden Stellen mechanisch entfernen, z.B. mit eine Fächerscheibe. Beim Schleifen sollte der Schweißer aber immer die benachbarten Bereiche abdecken, so dass keine eisenhaltigen Schleifpartikel die restliche Verzinkung beschädigen können. Eisenhaltige Partikel würden den Korrosionsschutz negativ beeinflussen!
Welches Schweißverfahren für verzinkte Bauteile?
Nachdem die Zinkschicht entfernt ist, muss das Schweißverfahren bestimmt werden. Auf der Baustelle ist ein E-Hand-Elektrodenschweißprozess die gängigste Wahl.
Bei Schweißarbeiten in der Werkstatt wird ein Schutzgas-Schweißverfahren, insbesondere das MAG-Schweißen empfohlen.
Welche Schutzmaßnahmen sind für Schweißen von verzinkten Bauteilen erforderlich?
Die Schutzausrüstung muss bei schweißen von verzinkten Bauteilen auch angepasst werden. Die Zinkschicht auf dem Stahl verdampft bei dem Schweißvorgang und beeinträchtigt nicht nur die Sicht beim Schweißen, aber die Zinkoxiddämpfe, die im Schweißrauch enthalten sind, sind dazu noch äußerst giftig. Beim Schweißen von verzinktem Stahl sind deshalb eine gute Belüftung und eine ausreichende Absaugvorrichtung notwendig.
Welche Besonderheiten gibt es beim Schweißen von verzinkten STÄHLEN?
Sorgfältiges Entfernen der Verzinkung ist auch für die Qualität der Schweißnaht sehr wichtig, denn Zinkeinschlüsse in der Schweißnaht würden die Belastbarkeit (Zugfestigkeit) mindern.
Die Temperatur von ca. 1200°C an der Schweißstelle kann auch zur Folge haben, dass die Zinkschicht an beiden Seiten der Schweißnaht verbrennt oder verdampft. Dann entstehen wieder Zinkoxiddämpfe, die sich als grauweiße Wolken erheben und dem Schweißer die Sicht behindern. Dieses führt zum unruhigen Schweißverlauf, Spritzer oder sogar Poren in der Schweißnaht. Um eine gute Schweißnahtqualität sicherzustellen und sich als Schweißer den Schweißvorgang nicht unnötig zu erschweren, sollte möglichst sorgfältig die Verzinkung entfernt werden.
Wie soll ein verzinkter Bauteil nach dem Schweißen bearbeitet werden?
Die Verzinkung gewährleistet den Korrosionsschutz der Bauteile. Der ideale Weg wäre nach dem Schweißvorgang eine neue Verzinkung durch Flammspritzen aufzubringen. Das ist aber aus den schon oben genannten Gründen nicht immer machbar.
Allerdings es gibt Normen, die bei der Wiederherstellung der Verzinkung berücksichtigt werden müssen. Die Zinkschicht muss nach dem Schweißvorgang in der Stärke und mit der Schutzwirkung wiederhergestellt werden, in der sie vor dem Schweißen vorhanden war.
Die DIN EN ISO 1461 sagt, dass ein einzelner Bereich ohne Verzinkung höchstens 10 cm² groß sein darf und die Summe aller Stellen ohne Schutzschicht höchstens 0,5 Prozent der Gesamtoberfläche des Bauteils ausmachen darf. Gleichzeitig sagt die DIN EN 1090-2, dass die jeweiligen Oberflächen in der Art gereinigt, vorbereitet und behandelt werden müssen, das in seiner Schutzwirkung einer Feuerverzinkung gleichkommt.
Um die Verzinkung nach dem Schweißen auszubessern, kann das Zink thermisch aufgespritzt oder als Zinkstaubbeschichtung aufgebracht werden. Weitere Möglichkeit ist, ein Lot auf Zinkbasis aufzubringen. Generell muss die Dicke der Zinkschicht im ausgebesserten Bereich bei mindestens 100 µm liegen, um den Korrosionsschutz zu gewährleisten.
Auf der Baustelle ist es am einfachsten mit dem Pinsel eine Zinkstaubbeschichtung aufzutragen. Bei dieser Beschichtung sollte allerdings der Anteil an Zinkstaub als Pigment bei mindestens 90 Prozent liegen. Ein Zinkspray hingegen reicht in aller Regel nicht aus, um die Verzinkung normgerecht wiederherzustellen und damit den Korrosionsschutz zu gewährleisten.
Kann man ein dünnes Blech aus verzinktem Stahl schweißen?
Dünne Bleche und Rohre aus verzinktem Stahl sollten grundsätzlich nicht geschweißt werden, denn beim Feuerverzinken verbinden sich der Stahl und das Zink dauerhaft miteinander, wodurch die schützende Beschichtung entsteht. Je dünner das Blech ist, desto tiefer und nachteiliger sind Einschlüsse der Zinkschicht, weil der Zinkanteil im aufgeschmolzenen Material steigt. Statt dünne Bleche und dünnwandige Rohre aus verzinktem Stahl zu schweißen, ist es deshalb besser, diese zu löten.
Eine besonders vorteilhafte Methode zum Verbinden von verzinkten Bauteilen ist das MIG-Löten. Beim MIG-Löten werden als Lot grundsätzlich Drähte auf Kupfer- und Siliziumbasis verwendet, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben (rund 1000 °C) um den Wärmeeintrag deutlich zu verringern. Der Grundwerkstoff schmilzt dadurch nicht auf, und es verdampft nur wenig Zink. Die stoffschlüssige Verbindung der Werkstoffe kommt durch eine Diffusion zustande, wobei der an der Anode stehende Lichtbogen die Materialoberfläche aktiviert. Auf Flussmittel kann hierbei gänzlich verzichtet werden. Als Schutzgas kommt meistens reines Argon zum Einsatz, je nach Grundwerkstoff werden 1 bis 2 % O2 oder CO2 beigemischt.
Das MIG-Löten zieht mehrere Vorteile mit sich. Der größte Vorteil aus wirtschaftliche Sicht ist, dass der Aufwand für das Nachverzinken und Nacharbeiten auf ein Minimum reduziert wird. Zudem ist der geringe Wärmeeintrag beim Löten sehr günstig, weil sich das Material nicht mehr durch die thermische Beanspruchung verzieht.
Was wenn die Entfernung von Zinkschicht nicht möglich ist?
Ist das Abschleifen von Zinkschicht nicht möglich, sollten beim Schweißen folgende Hinweise beachtet werden:
▶ Der Abstand von Werkstücken sollte beim Schweißen etwas größer gewählt werden als bei unverzinktem Stahl, damit das verdampfende Zink abziehen kann, das verhindert eine Porenbildung. Dies gilt sowohl für Stumpfstoße (I-Naht) als auch für T-Stoße (Kehlnaht)
▶ Die Schweißgeschwindigkeit hat einen entscheidenden Einfluss auf den Schweißprozess und die Qualität der Schweißnaht. Wird zu schnell geschweißt, können die Dämpfe nicht vollständig aus der Naht entweichen und damit leicht das Schmelzbad beeinflussen. Durch das Absenken der Schweißgeschwindigkeit und das sanfte Oszillieren der Elektrode kann das Zink leichter verdampfen und entweichen.
▶ Wie bereits erwähnt, stört das verdampfende Zink den Lichtbogen. Kleines Erhöhen des Schweißstromes macht den Lichtbogen stabiler und das Zink kann leichter verdampfen.
▶ Beim Schweißen mit Stabelektroden werden mitteldick umhüllte Elektroden mit Rutil- oder Rutilcellulose Umhüllungen emphohlen. Beim Schweißen unter Schutzgas liefern Mischgase bessere Ergebnisse als das Schweißen mit reinem Argon oder CO2.
▶ Um unnötiges Aufschäumen der Zinkschicht zu vermeiden, kann die Fugenoberfläche mit Salzsäure bearbeitet werden.
▶ Die beim Schweißen von feuerverzinkten Stählen aufsteigenden Dämpfe müssen abgesaugt werden, um den Schweißer nicht gesundheitlich zu gefährden.
▶ Um einen entsprechenden Korrosionsschutz wiederherzustellen, sollte nach den Schweißarbeiten normgerecht ausgebessert werden.