Inertgas

Die meisten Metalle zeichnen sich durch ihre Stabilität und Festigkeit aus und sind somit ein perfektes Material für Bauwerke, die extremen Belastungen standhalten müssen. Darunter zählen unter anderem Brücken und die stahlbewährten Wolkenkratzer.

Doch Eisen und Stahl haben einen unsichtbaren Feind, der seine Opfer langsam aber ausdauernd angreift. Es ist der Sauerstoff in unserer Luft, den wir so dringend zum Leben benötigen, der den Metallen so zusetzt.

Seit dem der Mensch in der Lage ist Metalle zu verarbeiten, ärgert er sich auch über Rost. Dieser entsteht, bei mangelnder Pflege, an allen Eisenteilen und ist chemisch betrachtet Eisenoxid.

Sauerstoff

Sauerstoff ist mit über 20% Volumenanteil das zweithäufigste Gas in unserer Atmosphäre und auf unserem Planeten mit Abstand das häufigste Element. Sauerstoff ist sehr reaktionsfreudig und geht mit dem Großteil der anderen Elemente Verbindungen ein. Seine zersetzende Wirkung entfaltet der Sauerstoff jedoch erst in Verbindung mit Wasser. Durch Diffusionsprozesse entreißt Wasser dem Eisen Ionen, was es dem Sauerstoff dann ermöglicht das Eisen effektiv anzugreifen.

Zunder

Ohne Wasser kann Sauerstoff Eisen nicht gut angreifen. Doch bei metallverarbeitenden Verfahren, wie Schmieden und Schweißen, wird dem Material so viel Energie zugeführt, dass dem Sauerstoff wieder eine Möglichkeit eröffnet wird, Verbindungen mit dem Material einzugehen. Beim Schmieden entsteht auf der Oberfläche des glühenden Eisens eine dünne Zunderschicht, die beim Formungsprozess regelmäßig abplatzt.

Beim Schweißen entsteht auch Zunder, der sich vorwiegend an den Schweißstößen ablagert und die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigt.

Schutzgas

Als Schutzgas oder Inerte Gase bezeichnet man all die Elemente, die entweder gar keine chemischen Verbindungen mit anderen Stoffen eingehen oder sehr reaktionsträge sind. Besonders geeignet sind dafür die Gase Helium und Argon, die es nur in atomarer Form gibt und aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften nicht in der Lage sind, mit anderen Stoffen zu reagieren.

Inertgase haben eine doppelte Wirkung:

1. Durch ihre Reaktionsträgheit greifen sie Metalle nicht an.
2. Schutzgase verdrängen die Atemluft aus dem Bearbeitungsbereich und hindern somit den Sauerstoff daran das Metall anzugreifen.

Erfolgt das Schweißen ohne Schutzgas, bildet sich nicht nur Zunder sondern es wird auch atomarer Sauerstoff im Schweißbad angereichert. Dieser sorgt im Lauf der Zeit dafür, dass die Schweißnaht wesentlich rostanfälliger ist als eine unter Schutzgas gefertigte Naht.

Bei den Schutzgas-Schweißverfahren MIG, MAG und WIG wird direkt über die Schweißpistole ein Schutzgasgemisch aus Argon und Helium in den zu schweißenden Bereich eingeblasen. So wird eine Reaktion mit dem Sauerstoff im Schweißbad verhindert und die Schweißnaht ist wesentlich widerstandsfähiger, stabiler und langlebiger.

Stickstoff beim Laserschneiden

Stickstoff hat ebenfalls inerte Eigenschaften und eignet sich hervorragend zum oxidationsfreien Schneiden von Blechtafeln. Theoretisch könnte man auch ein Argon-Helium-Gemisch nutzen, jedoch ist der Preis für  Stickstoff ca. 40% niedriger als der von Edelgasen. Die Entscheidung für Stickstoff ist somit auch wirtschaftlicher Natur, um Laserschneiden zu vernünftigen Preisen anbieten zu können.

Bei Rime wird Schmelzschneiden angewandt, wobei ein stark fokussierter Laserstrahl das Material verflüssigt. Gleichzeitig wird mit einer Düse Stickstoff in den Schneidspalt geblasen, der das flüssige Metall herausbläst und die erkaltenden Materialkanten vor Zunderbildung und Schlackenablagerung schützt.

Da der Stickstoff, ähnlich wie die Edelgase keine chemischen Verbindungen mit dem Metall eingeht, sind die Werkstückkanten sehr sauber und müssen nur selten nachbearbeitet werden. Diese Tatsache macht die Laserbearbeitung trotz des hohen Stickstoffverbrauchs zu einem wirtschaftlichen Blechbearbeitungsverfahren.