Mögliche Probleme, die beim Schweißen von Messing (Kupfer-Zink-Legierungen) auftreten können.

Beim Schmelzschweißen von Messing ist vor allem die Zinkausdampfung zu beachten. Bei unsachgemäßer Schweißdurchführung kann die Ausdampfung wegen des niedrigen Siedepunkts des Zinks (906°C) sehr hoch sein. Sie behindert die Sicht des Schweißers, verursacht Porosität und beeinträchtigt die Nahtformung.

Zusätzliche Schwierigkeiten treten beim Schweißen von mit Blei legierten Messinggrundwerkstoffen auf, wenn die Bleigehalte über 1 % liegen. Für solche Messinglegierungen ist die Schmelzschweißeignung wegen Schrumpfspannungen nicht mehr gewährleistet. Durch geeignete Wärmeführung und Techniken kann dieser Einfluss aber gemindert werden [15].

Zum Schmelzschweißen sind das Gas- und WIG-Schweißen gut geeignet. Das MIG-Schweißen erfordert den Einsatz zinkfreier Schweißzusätze und wird selbst dann als nur bedingt anwendbar eingestuft.

Der Zinkausdampfung begegnen alle Schmelzschweißverfahren durch Einschränken des Einbrandes und Vermeiden einer Überhitzung der Schweißschmelze. Es wird mit relativ milder Flamme bzw. weichem Lichtbogen geschweißt.

Das Gasschweißen von Messing-Legierungen

Beim Gasschweißen wird die Zinkausdampfung durch Oxidbildung der Schweißschmelze eingedämmt.
Zu diesem Zweck enthalten die artgleichen Schweißzusätze Silizium und Zinn (Tabelle 5). Es wird mit oxidierender Flammeneinstellung geschweißt (bei Kupfer-Zink-Legierungen bis 30 %, bei Mehrstoff-legierungen bis 50 % Sauerstoffüberschuss). Zum Gasschweißen sind immer geeignete Flussmittel anzuwenden. Bei aluminiumhaltigem Mehrstofflegierungen ist ein Sauerstoffüberschuss wegen Aluminiumoxidbildung nicht zulässig.

Das WIG-Schweißen von Messing-Legierungen

Das WIG-Verfahren liefert mit artgleichen Zusätzen auch ohne abdeckende Oxidhaut eher porenarme
Nähte als das Gasschweißen. Der Einsatz zinkfreier Zusätze (z.B. CuSi3Mn1, CuSn12 oder CuAl8 nach DIN EN 14640 schränkt die Zinkausdampfung weiter ein und verbessert die Festigkeitseigenschaften
der Schweißverbindungen. Die Anwendung von Flussmitteln bleibt beim WIG-Schweißen auf besondere
Fälle beschränkt, z.B. den Schutz der Nahtwurzelseite bei einseitigem Durchschweißen.

Aluminiumhaltige Mehrstofflegierungen (z.B. CuZn20Al2As) werden vorzugsweise mit hochfrequenz-überlagertem Wechselstrom ohne Flussmittel und CuAl8 als Zusatzwerkstoff WIGgeschweißt [15].

Beim Aufbringen der ersten Schweißlage aus zinkfreiem Zusatz werden tiefere Einbrände in den Grundwerkstoff am besten mit Hilfe der Schweißlöttechnik vermieden. Dabei wird die Schweißschmelze
mit dem Lichtbogen so vorwärts getrieben, dass die direkte Berührung des Lichtbogens mit dem
ausdampfgefährdeten Untergrund auf den Anfang des Aufbaus der Schweißschmelze beschränkt bleibt.

Das MIG-Schweißen von Messing-Legierungen

Das MIG-Schweißen erfordert zinkfreie Zusätze z.B. CuSn6 oder CuAl8 nach DIN EN 14640. Geschweißt wird am besten mit relativ dünnen Drahtelektroden, weil sich damit das Verhältnis des Einbrandes zur Abschmelzleistung zugunsten der Abschmelzleistung verschiebt.
Für das MIG-Schweißen hat die oben beschriebene Schweißlöttechnik beim Aufbringen der ersten Schweißlage erhöhte Bedeutung. Flussmittel kommen beim MIG-Schweißen von Kupfer-Zink- Legie- rungen nur selten zur Anwendung.

Geeignete Strahlschweißverfahren für Messing-Legierungen

Von den Strahlschweißverfahren eignet sich das Laserstrahlschweißen für Kupfer-Zink-Legierungen, wenn mit Schutzgasvorrichtungen wie einem Crossjet die Fokusieroptik vor dem ausdampfenden Zink geschützt wird. Gute Ergebnisse liegen mit Anwendungen von Festkörperlasern (Nd: YAG-Laser, Faserlaser) und Diodenlasern vor.

Das Elektronenstrahlschweißen kann nur an Atmosphäre (NV-EBW = Non Vacuum Electron Beam Welding) bei einem kurzen Arbeitsabstand bis max. 25 mm erfolgen, wobei ein in die Strahldüse integrierter Crossjet diese vor den Zinkausdampfungen schützt.

Das ebenfalls neue Schmelzschweißverfahren „Unterpulverschweißen“ ist für Kupfer-Zink-Legierungen nicht geeignet. Von den Widerstands- Schweißverfahren sind das Stumpf-, Punkt- und Nahtschweißen sowie das Impuls- und Hochfrequenzschweißen gut durchführbar. Das gleiche gilt für das Spreng-
, Reib-und Diffusionsschweißen. Für geringere Wanddicken finden auch das Ultraschall- und das
Kaltfließpressschweißen Anwendung.

Quelle: DKI Kupfer-Zink-Legierungen