Das Heliarc-Schweißen: Geschichte, Anwendung und Bedeutung

Was ist Heliarc-Schweißen?

Das Heliarc-Schweißen stellt die ursprüngliche Version des sogenannten TIG-Schweißens dar, auch bekannt als Gawolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW). Ursprünglich wurde der Begriff Heliarc verwendet, weil bei der ersten Entwicklung Helium als Schutzgas eingesetzt wurde. Heutzutage wird dieser Begriff meist synonym für das TIG-Schweißen genutzt. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass beide Begriffe die gleiche Schweißtechnik beschreiben, bei der eine Wolframelektrode in Kombination mit einem Inertgas (wie Argon oder Helium) verwendet wird, um hochwertige Schweißnähte zu erzeugen.

Unterscheidet sich Heliarc von TIG?

Heutzutage gibt es keinen Unterschied zwischen Heliarc und TIG-Schweißen; beide Begriffe bezeichnen denselben Schweißprozess. Die American Welding Society (AWS) verwendet offiziell die Bezeichnung GTAW für das Verfahren. Während ältere Generationen den Begriff Heliarc bevorzugen, ist TIG die geläufigere Bezeichnung in modernen Fachkreisen. Manche Schweißer verwenden den Begriff Heliarc, um zu betonen, dass Helium als Schutzgas genutzt werden sollte, was jedoch nicht zwingend notwendig ist. In technischen Spezifikationen oder Welding Procedure Specifications (WPS) wird meist der Begriff Heliarc verwendet, wobei die Praxis darin besteht, das Verfahren mit Argon oder Helium durchzuführen, je nach Anforderung.

Wer erfand das Heliarc-Schweißen?

Das Heliarc-Schweißen wurde im Jahr 1941 von Russell Meredith bei Northrop Aircraft perfektioniert. Meredith entwickelte das erste effiziente Verfahren für gasabschirmtes Schweißen von Magnesium und schuf damit eine wiederholbare, zuverlässige Technik, die später als Heliarc bezeichnet wurde. Der Name resultierte aus der Verwendung von Heliumgas, um den Bogen und das Schweißbad vor atmosphärischer Kontamination zu schützen. Es ist jedoch zu beachten, dass Helium bei der ursprünglichen Entwicklung nicht zwingend verwendet werden musste, sondern eher als Option diente. Das ursprüngliche Equipment bestand aus wassergekühlten Fackeln, die später auch durch luftgekühlte Alternativen ergänzt wurden.
Bild: Erster Heliarc-Fackel-Design, Quelle: Kanadische Metalle und Metallurgische Industrien, Januar 1947

Warum wurde das Heliarc-Schweißen entwickelt?

Die Entwicklung des Heliarc-Schweißverfahrens revolutionierte die Fertigungsindustrie erheblich. Mit der patentierten Technik im Jahr 1941 wurde das Schweißen von Edelstahl und Nichteisenmetallen wie Aluminium und Magnesium auf eine neue Ebene gehoben. Diese Innovation ermöglichte die Fertigung hochpräziser, sauberen Schweißnähte, was besonders in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Schiffbau und Lebensmittelindustrie von unschätzbarem Wert war. Das Verfahren schloss eine wichtige Lücke bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen Verbindungen und ermöglichte die Produktion in einem Maßstab, der vorher undenkbar war.
Ein bedeutendes historisches Beispiel ist die Saturn V-Rakete, die mit dem GTAW-Verfahren—oft als TIG bezeichnet—von Hand geschweißt wurde, um die extremen Anforderungen der Raumfahrt zu erfüllen. Die präzisen Schweißnähte, die durch diese Technik erzielt wurden, waren essenziell für den Erfolg der Apollo-Missionen, bei denen die erste bemannte Landung auf dem Mond stattfand. Besonders hervorzuheben ist Margaret Brennecke, die als führende Schweißingenieurin bei der NASA maßgeblich an der Herstellung der kryogenen Tanks für die Apollo 11 beteiligt war. Sie brach soziale Normen, indem sie als Frau in einem technisch anspruchsvollen Beruf maßgeblich zum Erfolg der Mission beitrug.
Bild: Margaret W. „Hap“ Brennecke, NASA 1964

Wo wird das TIG-Schweißen heute angewandt?

Das TIG-Schweißen ist heute aus zahlreichen Industriezweigen nicht mehr wegzudenken. Es findet Einsatz in der Luft- und Raumfahrt, im Maritime Bereich, in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, im Energie- und Transportssektor, bei der Herstellung sowie bei Pipeline-Installationen. Das Verfahren ist bevorzugt, wenn höchste Schweißqualität und Präzision gefragt sind, vor allem bei der Verarbeitung von Nichteisenmetallen. Moderne Raumfahrtunternehmen wie SpaceX setzen noch immer auf manuelles TIG-Schweißen, um kritische Komponenten zu verbinden. Obwohl automatisierte Prozesse zunehmend Verwendung finden, bleibt die manuelle TIG-Technik aufgrund ihrer Flexibilität und Qualität unersetzlich.
Bild: SpaceX-Techniker beim manuellen TIG-Schweißen an Edelstahlkomponenten für Raumfahrtanwendungen, Quelle: nasaspaceflight.com

Vorteile des TIG-Schweißens

• Hochwertige, saubere Schweißnähte: Das Verfahren ermöglicht präzise und ästhetisch ansprechende Verbindungen.
• Vielseitigkeit: Es kann fast alle Metalle schweißen, einschließlich Stahl, Edelstahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer, Messing, Silber und Gold.
• Ausgezeichnete Kontrolle: Das moderne Wechselrichter-gerät ermöglicht Impulstechnologie, variierende Wellenformen und präzise Wärmeeingabe, was die Qualität steigert.

Nachteile des TIG-Schweißens

• Langsamer Prozess: Im Vergleich zu MIG- oder Elektrodenschweißverfahren ist TIG deutlich zeitaufwändiger.
• Hohes Anforderungsniveau: Das Erlernen und Beherrschen der Technik erfordert viel Übung, Geduld und Erfahrung, insbesondere bei der Kontrolle von Brenner, Füllmetall und Strom.
• Hohe Qualifikationsanforderungen: Für kritische Tätigkeiten, wie das Schweißen von Flugzeugteilen oder Raumfahrtsystemen, sind Zertifizierungen nach AWS notwendig, die nur durch intensives Training erreicht werden.

Fazit

Das Heliarc- oder TIG-Schweißen ist eine der grundlegendsten und bedeutendsten Innovationen in der Geschichte des Schweißens. Ohne diese Technik wären bedeutende Meilensteine wie die Apollo-Missionen oder die moderne Luft- und Raumfahrt kaum realisierbar gewesen. Seine Fähigkeit, hochpräzise, saubere und langlebige Verbindungen herzustellen, macht es zu einem unverzichtbaren Verfahren in vielen kritischen Industriezweigen. Obwohl es eine hohe Lernkurve und spezialisierte Fähigkeiten erfordert, sind die Vorteile in Bezug auf Qualität und Vielseitigkeit unübersehbar. Für Fachkräfte, die sich in diesem Bereich spezialisieren, bieten sich hervorragende Karrierechancen und ein wichtiger Beitrag zur technologischen Weiterentwicklung.