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1.2 Entwicklung der Schweißtechnik Antike und Mittelalter Bild 1.2-1. Ägyptischer Goldschmied beim Hartlöten mit Holzschmiedefeuer und Blasrohr. Theben, 1475 v. Chr. [5]. Bild 1.2-2. Griechische Werkstatt zum Schmieden und Feuerschweißen, 500 v. Chr. [5]. Bild 1.2-3. Bronzegefäß aus China, um 1700 v. Chr. [3]. Als ältestes Verfahren der thermischen Fügetechnik gilt das Hartlöten, das bereits in Ägypten um 3800 v. Chr. bekannt war. Bereits 1000 Jahre danach war ein hochentwickelter Stand der Hartlöttechnik erreicht, wie Funde von Schmuckgegenständen aus den sumerischen Königsgräbern belegen. Die Grundwerkstoffe waren Gold, Silber, Kupfer und Bronze. Die Wärmeeinbringung erfolgte mit Hilfe eines Holzkohlefeuers und Blasrohres (Bild 1.2-1). Das Weichlöten war nachweislich in Griechenland bereits ab etwa 2000 v. Chr. bekannt, ist aber vermutlich wesentlich älter. Um 300 v. Chr. wurde es bereits unter Einsatz von Lötkolben im gesamten Mittelmeerraum ausgeführt. Das Feuerschweißen durch Verschmieden von Gold und Kupfer wurde in Mesopotamien bereits ab 3200 v. Chr. angewandt. Das Feuerschweißen von Stahl wurde in Anatolien (Hethiter) ab 1700 v. Chr. und in Griechenland ab 1000 v. Chr. beherrscht (Bild 1.2-2). Ab 800 v. Chr. sind feuergeschweißte Fundstücke in Mitteleuropa (Hallstattkultur) nachzuweisen. Aus dem Mittelalter gibt es zahlreiche Beispiele für hervorragende handwerkliche Leistungen auf dem Gebiet des Feuerschweißens wie Waffen, Rüstungen und Ketten. Durch Entwicklung wasserbetriebener und schließlich dampfbetriebener Schmiedehämmer konnten zunehmend größere Werkstücke feuergeschweißt werden, z. B. Schiffsanker und Schweißstahl-Wellen. Das Schmelzschweißen durch Ausgießen der eingeformten Nahtstelle mit flüssigem Metall wurde ab etwa 3000 v. Chr. in Mesopotamien für Blei angewendet, z. B. für die verschweißten Bleiwannen der Hängenden Gärten der Semiramis (580 v. Chr.). In China diente das Gießschmelzschweißen um 1400 v. Chr. zur Herstellung von Opfergefäßen aus Bronze (Bild 1.2-3). Autogentechnik Der anfangs verwendete Begriff Autogenschweißen ist eine Zusammensetzung aus griech. „auto“ (= selbst) und lat. „genere“ (= erzeugen) und wurde erstmals 1840 von dem Franzosen de Richemont für die von ihm erfundene Arbeitsweise zum Fügen von Bleiblechen durch Zusammenschmelzen mit einer Wasserstoff-Luft-Flamme gewählt. Nachdem Linde 1898 die Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft entwickelt hatte, konnte die Verbrennungsluft durch reinen Sauerstoff ersetzt und dadurch die Flammentemperatur erheblich gesteigert werden. Wiss konstruierte 1900 einen für Stahl geeigneten Wasserstoff-Sauerstoff- Schweißbrenner. 3
Mit der großtechnischen Erzeugung von Calciumcarbid durch Wilson (1892) und dem Bau von Acetylen- Großentwicklern (1897) verdrängte das Acetylen zunehmend den Wasserstoff als Brenngas, nachdem es Fouché 1903 gelungen war, Acetylen-Sauerstoff-Brenner zu bauen. Die Entwicklung des Brennschneidens erreichte mit dem von Wiss patentierten Schneidbrenner mit zentraler Schneidsauerstoffdüse (1904) den technischen Durchbruch. Bis ca. 1920 war das Gasschweißen das dominierende Schmelzschweißverfahren, wurde anschließend jedoch durch das Lichtbogenschweißen zunehmend verdrängt. Demgegenüber stellt das Brennschneiden bis heute ein wichtiges Verfahren zum thermischen Trennen dar, insbesondere zum Vorbereiten der Werkstücke für das Schweißen. Aufbauend auf der Entwicklung des Autogenbrenners erfand Goldschmidt 1899 das aluminothermische Schweißen. Dieses Verfahren ermöglicht mit geringem gerätetechnischen Aufwand, flüssigen Stahl für das Gießschmelzschweißen zu erzeugen. Damit wird bis heute das Schweißen von Schienenstößen vorgenommen. Lichtbogenschmelzschweißen Bereits 1792 berichtet der Göttinger Professor Lichtenberg: „Ich habe in diesen Tagen mittels der künstlichen Elektrizität etwas angerichtet, was sich bisher nur der künstliche Blitz vorbehielt, nemlich eine Uhrfeder und eine englische Feder Messer Klinge so zusammen geschmoltzen, dass ein Theil der Uhrfeder und der Messer Klinge in einen Tropfen zusammenliefen.“ Doch erst die Entdeckung des stationären Lichtbogens durch Petrow (1803) und Davy (1809) und die Entwicklung von leistungsfähigen Stromerzeugern von Siemens (1867) schufen die Voraussetzungen zum Lichtbogenschweißen. Dem Russen Benardos gelang es 1885, einen Lichtbogen zwischen nicht abschmelzender Kohleelektrode und Werkstück zum Schmelzschweißen von Metallen nutzbar zu machen. Dazu wurde die Kohleelektrode am Minuspol angeschlossen und eventuell benötigter Zusatzwerkstoff als stromloser Draht abgeschmolzen. Bis heute wird der Lichtbogen mit Graphitelektrode zum Lichtbogenfugen angewandt. Der russische Bergingenieur Slawjanow benutzte 1890 metallischen Zusatzdraht als Elektrode, so dass durch den Lichtbogen sowohl das Werkstück auf- als auch die Elektrode abgeschmolzen wurde. Die Verwendung einer Elektrodenumhüllung (Kjellberg 1907), einer Pulveraufschüttung (Unterpulverschweißen 1936) oder eines Schutzgases (Metall-Schutzgasschweißen 1948) führte zu verbesserter Luftabschirmung der Schweißstelle und damit zur vielseitigen Anwendung des Lichtbogenschweißens. Beim Verfahren von Zerener (1889) brannte der Lichtbogen zwischen zwei Kohleelektroden unter gleichzeitiger Zuführung eines stromlosen Zusatzdrahtes und unter Verwendung von Wasserstoff als Schutzgas. Zwar erlangte dieses Verfahren keine größere Bedeutung, kann jedoch als ein Vorläufer des Wolfram-Schutzgasschweißens (1937) angesehen werden. Widerstandsschweißen Der Amerikaner Thomson machte 1867 die beim Stromdurchfluss von Metall entstehende Widerstandserwärmung für das Pressstumpfschweißen nutzbar. Um 1888 erfand der Russe Bernados das Punktschweißen mit Graphitelektroden, die 1897 in den USA durch Kupferelektroden ersetzt wurden. Wenige Jahre später folgten bereits das Buckel- und Rollennahtschweißen (1907). Eine Weiterentwicklung für das Stumpfschweißen großer Querschnitte stellt das Abbrennstumpfschweißen (1913) dar. Neuzeitliche Schweißverfahren In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entstanden vielfältige neue Schweißverfahren. Eine Entwicklungsrichtung zum Schweißen in festem Zustand ohne oder mit nur geringer Wärmezufuhr führte auf das Kaltpress-, Spreng-, Rotationsreib-, Ultraschall- und Diffusionsschweißen. Eine andere Entwicklungsrichtung nutzte hochfokussierte Energiequellen wie den Plasma-, Elektronen- und Laserstrahl, um den Wärmeeinfluss beim Schweißen zu reduzieren. Die jüngsten Verfahren stellen das Laser-Hybridschweißen und der Cold-Metal-Transfer- Prozess dar. Schlussbemerkung Die stürmische Entwicklung auf dem Gebiet der Schweißtechnik führte schon in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts zu technisch-wissenschaftlichen Zusammenschlüssen, aus denen 1947 der Deutsche Verband für 4
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