Ratgeber zum E-Hand-Schweißen, 1. Teil

Ratgeber zum E-Hand-Schweißen, 1. Teil 

Das E-Hand-Schweißen gehört zu den Schmelzschweißverfahren und ist der Gruppe der Metall-Lichtbogenschweißverfahren zugeordnet. Nach internationaler Normung umfasst diese Gruppe drei verschiedene Schweißprozesse, nämlich

1.       das Metall-Lichtbogenschweißen als Lichtbogenschweißprozess, bei dem eine abschmelzende Elektrode verwendet wird,

2.       das Metall-Lichtbogenschweißen ohne Gasschutz als Metall-Lichtbogenschweißprozess, bei dem kein Schutzgas von außen hinzugefügt wird und

3.       das manuelle Metall-Lichtbogenschweißen als Metall-Lichtbogenschweißverfahren, das von Hand ausgeführt und bei dem mit einer umhüllten Elektrode gearbeitet wird.

Hierzulande ist das manuelle Metall-Lichtbogenschweißen gemeint, wenn vom E-Hand-Schweißen die Rede ist. Eine andere Bezeichnung für dieses Schweißverfahren lautet Lichtbogenhandschweißen, umgangssprachlich wird auch vom Elektrodenschweißen gesprochen. Im Englischen wird für das E-Hand-Schweißen die Abkürzung MMAW für Manual Metal Arc Welding verwendet.

Das E-Hand-Schweißen kennzeichnet sich durch den Lichtbogen, der zwischen dem Schmelzbad und einer abschmelzenden Elektrode brennt. Dabei dient die Elektrode als Träger des Lichtbogens, als Schweißzusatz und als Schutz des Schmelzbades vor atmosphärischen Einflüssen in einem.

Doch wie funktioniert das E-Hand-Schweißen eigentlich genau? Welche Elektroden werden verwendet? Und für welche Werkstoffe eignet sich das Schweißverfahren? Diese und weitere Fragen beantworten wir in unserem ausführlichen Ratgeber zum E-Hand-Schweißen.

Hier ist der 1. Teil!:

Der Strom beim E-Hand-Schweißen

Beim E-Hand-Schweißen kann grundsätzlich sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom gearbeitet werden. Allerdings macht bei einigen Elektroden die Art der Umhüllung den Einsatz von Gleichstrom notwendig, eine Verarbeitung unter Wechselstrom würde nicht funktionieren.

Wenn mit Gleichstrom geschweißt wird, werden der Minuspol meist an der Elektrode und der Pluspol am Werkstück angeschlossen. Eine Ausnahme bilden basische Elektroden und einige Zelluloseelektroden. Sie lassen sich besser verschweißen, wenn sie am Pluspol angeschlossen sind.

Die Elektrode nutzt der Schweißer als multifunktionales Werkzeug. Da der Lichtbogen an der Elektrode brennt, führt der Schweißer die Elektrode in der Schweißfuge und schmilzt auf diese Weise die Kanten der Schweißfuge auf. Gleichzeitig schmilzt die Elektrode samt Umhüllung ab. Dadurch bildet sich zum einen die Schlacke als Schweißzusatz und zum anderen tritt eine Schutzwirkung gegenüber der Atmosphäre ein.

Je nach Art der Schweißfuge und der Dicke des Grundwerkstoffs sind im Zuge des Schweißvorgangs unterschiedliche Stromstärken notwendig. Die Strombelastbarkeit der Elektroden ist aber begrenzt und richtet sich nach ihren Durchmessern und ihren Längen. Aus diesem Grund gibt es die Elektroden auch in verschiedenen Durchmessern und Längen.

Als Grundregel in diesem Zusammenhang gilt, dass der Schweißstrom umso höher eingestellt werden kann, je größer der Durchmesser der Elektrode ist.

Hier eine Übersicht über die gängigen Elektroden und die dabei verwendeten Stromstärken:

Durchmesser der Elektrode in mm Länge der Elektrode in mm Stromstärke in A Faustregel zur Stromstärke
2,0

2,5

250 und 300

350

40 bis 80

50 bis 100

20/40 x Durchmesser
3,2

4,0

5,0

350 und 400

350 und 400

450

90 bis 150

120 bis 200

180 bis 270

30/50 x Durchmesser
6,0 450 220 bis 360 35/60 x Durchmesser

Die Elektroden beim E-Hand-Schweißen

Die Stabelektroden unterscheiden sich deutlich in ihren Umhüllungen. Dabei bestimmt die Zusammensetzung der Umhüllung darüber, wie die Elektrode abschmilzt, welche Schweißeigenschaften sie hat und welche Gütewerte das Schweißgut aufweist. Die Umhüllungstypen werden in Grundtypen und in Mischtypen eingeteilt und mit entsprechenden Buchstaben gekennzeichnet.

Dabei steht

  • ·         R für Rutil (= Rutilelektroden),
  • ·         B für Basisch (= basische Elektroden),
  • ·         RB für Rutil-Basisch (= rutilbasische Elektroden),
  • ·         C für Zellulose (= Zelluloseelektroden) und
  • ·         RC für Rutil-Zellulose (= Rutil-Zellulose-Elektroden).

Hierzulande gelten die universell einsetzbaren Rutilelektroden als Standardelektroden. Dabei gibt es diese Elektroden mit einer dünnen, einer mittleren und einer dicken Umhüllung. Um eine bessere Unterscheidung zu ermöglichen, werden die Rutilelektroden mit einer dicken Umhüllung mit dem Kürzel RR gekennzeichnet.

Die große Vielfalt an Umhüllungstypen ist aber hauptsächlich bei den Elektroden zum Verschweißen von unlegierten Stählen zu finden. Werden nichtrostende oder warmfeste Stähle geschweißt, stehen letztlich nur Rutilelektroden und basische Elektroden zur Auswahl. Beim Schweißen von hochfesten Stählen wiederum werden ausschließlich Elektroden mit basischer Umhüllung verwendet.

Die Umhüllungen der Elektroden beim E-Hand-Schweißen

Der Aufbau und die Dicke der Elektrodenumhüllung bestimmen die Schweißeigenschaften maßgeblich. Dies gilt sowohl für die Stabilität des Lichtbogens als auch für den Werkstoffübergang und die Viskosität vom Schmelzbad und der Schlacke. Vor allem die Tropfengröße beim Werkstoffübergang spielt in diesem Zusammenhang eine Rolle.

Den Hauptbestandteil der Umhüllung von Zelluloseelektroden bilden organische Stoffe. Sie verbrennen im Lichtbogen und bilden dabei ein Schutzgas, das die Schweißstelle vor der Atmosphäre schützt. Neben Zellulose und anderen organischen Stoffen fällt der Anteil an Bestandteilen, die den Lichtbogen stabilisieren, eher gering aus.

Deshalb entsteht beim Schweißen nur sehr wenig Schlacke. Weil die Gefahr eines Schlackenvorlaufs praktisch nicht besteht, eignen sich Zelluloseelektroden besonders gut für Fallnahtschweißungen.

Bei Elektroden mit einer sauren Umhüllung (gekennzeichnet durch den Buchstaben A für acid = sauer) setzt sich die Umhüllung hauptsächlich aus Eisen- und Manganerzen zusammen. Dadurch stehen in der Lichtbogenatmosphäre größere Mengen an Sauerstoff zur Verfügung. Das Schweißgut nimmt diesen Sauerstoff ebenfalls auf, wodurch sich seine Oberflächenspannung reduziert.

Im Ergebnis entstehen ein dünnflüssiges Schweißgut und ein sehr feiner Werkstoffübergang. Für das Schweißen in Zwangslagen scheiden diese Elektroden daher aus. Der Lichtbogen wiederum erreicht hohe Temperaturen und erlaubt hohe Schweißgeschwindigkeiten, begünstigt aber gleichzeitig Einbrandkerben.

Wegen der genannten Minuspunkte werden Stabelektroden mit rein saurer Umhüllung inzwischen so gut wie nicht mehr verwendet. Sie wurden stattdessen durch Elektroden mit rutil-saurer Umhüllung (Typ RA) ersetzt.

Bei Rutilelektroden ist die Umhüllung hauptsächlich aus Titanoxid der Mineralien Rutil und Ilmenit oder aus künstlichem Titanoxid aufgebaut. Zu den großen Pluspunkten dieser Elektroden gehören das ruhige und spritzerarme Abschmelzen, der feine bis mittelgroße Tropfenübergang, die feine Nahtzeichnung und die gute Entfernbarkeit der Schlacke. Außerdem ermöglichen die Elektroden ein spontanes Wiederentzünden des Lichtbogens, was beispielsweise dann wichtig ist, wenn der Schweißvorgang bei kurzen Schweißnähten immer wieder unterbrochen werden muss.

Neben reinen Rutilelektroden sind auch Mischtypen erhältlich. Hierzu gehören beispielsweise Rutil-Zellulose-Elektroden, die durch die enthaltene Zellulose weniger Schlacke bilden und sich deshalb auch für Fallnähte eignen. Ein anderer Mischtyp sind rutilbasische Elektroden, die wegen der dünneren Umhüllung und der besonderen Schlackeneigenschaften bevorzugt für das Schweißen von Wurzellagen und beim Schweißen in senkrecht-aufsteigender Position verwendet werden.

Bei basischen Elektroden setzt sich die Umhüllung in erster Linie aus Calcium- und Magnesiumoxiden zusammen. Um die Schlacke zu verdünnen, wird außerdem Flussspat hinzugefügt. Der Flussspat führt jedoch dazu, dass basische Elektroden nur bedingt unter Wechselstrom verschweißt werden können.

Basische Elektroden bilden ein zähfließendes Schmelzbad und einen mittleren bis großtropfigen Werkstoffübergang. Es werden hohe mechanische Gütewerte erreicht und alle Schweißpositionen können umgesetzt werden. Die Schweißraupen sind allerdings grober und leicht gewölbt. Wichtig bei basischen Elektroden ist eine trockene Lagerung. Andernfalls nehmen die Elektroden die Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und müssen vor einer möglichen Verwendung zuerst sorgfältig rückgetrocknet werden.

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