Die Raumfahrt ist das wohl größte Abenteuer in der Geschichte der Menschheit. Immer tiefer dringen Satelliten, Raumfähren und -stationen in die unendlichen Weiten des Weltalls vor – und trotzen dabei Bedingungen, die mit nichts auf der Erde vergleichbar sind. Um die Sicherheit von Menschen und Maschinen zu gewährleisten, sind die Qualitätsansprüche bei der Fertigung immens hoch – auch in der Schweißtechnik.
Die Herausforderungen im Weltall
Schon zu Beginn ihrer Reise sind Raumschiffe und Satelliten einer enormen Belastung ausgesetzt: Die Beschleunigung beim Start beträgt bis zu 4G – das heißt, jedes Teil muss das Vierfache seines Gewichts aushalten. Auch die Vibrationen der Triebwerke, die sich auf die gesamte Konstruktion übertragen, können Schäden anrichten. Außerhalb der Erdatmosphäre treten die Raumfahrzeuge in ein Vakuum ein, in dem keinerlei Luft oder Druck vorhanden ist. Temperaturen lassen sich nicht im klassischen Sinn messen, unterliegen jedoch extremen Schwankungen von bis zu mehreren hundert Grad Celsius.
Hinzu kommt das ständige Risiko einer Kollision mit anderen Gegenständen. Meteoriten, aber auch immer mehr Weltraummüll von zerstörten oder ausrangierten Satelliten und explodierten Raketenstufen befinden sich in der Erdumlaufbahn. Ihre Geschwindigkeiten sind so hoch, dass selbst ein Zusammenstoß mit kleinsten Teilen schwerwiegende Folgen haben kann. All diese Herausforderungen sind der Grund dafür, dass Behörden wie NASA und ESA oder private Raumfahrtunternehmen wie SpaceX extrem hohe Qualitätsansprüche bei der Fertigung haben. Dies schließt insbesondere auch die Schweißtechnik ein, die in der Raumfahrt eine entscheidende Rolle spielt.
Spezielle Werkstoffe für besondere Schweißherausforderungen
Eines ist klar: Für die strapaziöse Reise ins Weltall kommen nur ganz spezielle Werkstoffe in Frage. Als besonders geeignet haben sich dabei Titan, Edelstahl, Keramik und vor allem Aluminium(-legierungen) erwiesen. Genau wie im automobilen Leichtbau überzeugt Aluminium durch ein geringes Gewicht, eine hohe spezifische Festigkeit und seine Korrosionsbeständigkeit. Das Schweißen ist jedoch schwieriger als bei herkömmlichem Stahl – unter anderem wegen des niedrigen Schmelzpunktes und der deutlich höheren Wärmeleitfähigkeit.
Der richtige Schweißprozess für die Raumfahrt
Lange Zeit war das Wolfram-Inertgas-Schweißen – besser bekannt als WIG-Schweißen – das einzige Verfahren, das die hohen Ansprüche in der Raumfahrt zuverlässig erfüllen konnte. Auch heute ist es in zahlreichen Anwendungen erfolgreich im Einsatz. Der WIG-Schweißprozess ermöglicht besonders glatte, ebene und porenfreie Schweißnähte, welche dynamischen Kräften gut standhalten. Damit ist er vor allem bei Wurzelschweißungen eine gute Wahl. Welche Vorteile das WIG-Schweißen noch bietet, lesen Sie in unserem verlinkten Blogartikel.
Mittlerweile übernehmen weitere spezialisierte Schweißprozesse immer mehr Aufgaben in der Raumfahrt. Besonders verbreitet sind dabei das Plasma- und das Rührreibschweißen. Beide sind gut für Aluminiumverbindungen geeignet und erzielen eine hohe Nahtqualität – die Grundvoraussetzung für stabile Raumfahrzeuge.
Sollten Sie sich jetzt die Frage stellen, ob man eigentlich auch im All schweißen kann, dann ist das durchaus berechtigt. Die gute Nachricht – wir haben die Antwort.
Kann man auch im All schweißen?
Gleich vorweg: Schweißen ist auch im All möglich. Erste Versuche führten Astronauten bereits in den 1960er-Jahren durch. Doch nicht alle Verfahren eignen sich gleichermaßen für die im Kosmos vorherrschenden Bedingungen. „MIG, MAG und WIG scheiden als Schweißverfahren schon allein wegen des Vakuums aus. Denn im luftleeren Raum und in der Schwerelosigkeit kann das Schutzgas nicht wirken“, erklärt Alfred Hartinger, Schweißexperte bei Fronius International.
Deshalb wird vor allem das Laserschweißen im All untersucht. Dieses kommt ohne Schutzgas aus. Hartinger zeigt potenzielle Herausforderungen auf: „Um zu vermeiden, dass der Laser abgelenkt oder reflektiert wird, benötigt es eine eigene Schutzzelle. Ein weiteres Problem ist, dass die Wärmeleitung im luftleeren Raum praktisch nicht funktioniert. Die hohen Temperaturschwankungen von mehreren Hundert Grad, die im All vorherrschen, erschweren den Schweißprozess zusätzlich.“
Das Elektronenstrahlschweißen ist ein weiteres Verfahren, das im Vakuum funktioniert. Es handelt sich dabei allerdings um eine teure und wartungsintensive Technologie, die aus diesem Grund nicht allzu weit verbreitet ist.
Eine weitere Möglichkeit zum Schweißen in der Schwerelosigkeit bietet das Reibschweißen und insbesondere das Rührreibschweißen. Bei diesem Schweißverfahren geht weniger Material verloren, während gleichzeitig starke Schweißnähte entstehen.
Zum Einsatz kommen Schweißgeräte im Weltraum – zumindest derzeit – nur äußerst selten. Schließlich lassen sich auf der Erde nach wie vor einfacher und zuverlässiger exzellente Schweißergebnisse erzielen.
