Schweißtechnik : Welche Elektrode eignet sich auch für ungeübte Schweißer?

Nicht jeder ist ein Profi im Bereich der Schweißtechnik. Immer wieder müssen auch weniger geübte Arbeiter von Zeit zu Zeit ein Schweißgerät einsetzen und sind in vielen Fällen unsicher, welche Elektrode sie nehmen sollen. Schweißexperten haben dafür einen Tipp: Es gibt sogenannte Automatik-Elektroden, die ungeübten Schweißern den Einstieg erleichtern. Diese dick rutilumhüllten Stabelektroden eignen sich zum Verbindungsschweißen unlegierter Stähle für besonders glatte Nähte. Sie zeichnen sich durch gute Schlackenentfernbarkeit, leichtes Wiederzünden, intensive und ruhige Lichtbogen sowie eine einfache Handhabung aus. Sie sind weitgehend spritzerfrei, ergeben ein sauberes Nahtaussehen und das abgesetzte Schweißgut ist rissfrei. Angewendet werden diese niedriglegierten Elektroden im Bereich der Schweißtechnik vor allem im Maschinen-, Konstruktions-, Rohrleitungs-, Behälter-, Kessel- und Schiffbau.

Klassische Fallnaht-Elektroden werden in der Schweißtechnik vor allem im Montagebereich sowie im Schiff- und Stahlbau eingesetzt. Der Vorteil dieser niedriglegierten Elektroden ist, dass sie durch die dicke, rutilumhüllte zellulose Umhüllung problemlos durch Zink, Rost und Farbe schweißen. Dadurch sind sie sehr gut auch in extremen Schweißpositionen einsetzbar. Qualitativ hochwertige Fallnaht-Elektroden zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Biegsamkeit aus, so dass beim Schweißen der Elektrode die Ummantelung nicht abplatzt. Somit ist die Elektrode ideal für Rostschweißungen und verzinkte Werkstücke geeignet und zeigt an angerosteten, verzunderten und verzinkten Werkstücken beste Ergebnisse. Bei Zwanglagen sollte die Schlacke nicht vorlaufen, das Schweißgut breitere Spalten gut überbrücken und im Ergebnis rissfeste Schweißnähte zeigen. Klassische niedriglegierte Fallnaht-Elektroden können zur Bearbeitung von Grundwerkstoffen H I und HII eingesetzt werden. Die mechanischen Gütewerte können zwischen 500-600 MPa liegen, mit einer Dehnung > 22% und einer Kerbschlagarbeit von ca. 47 Joule. Der professionelle Anwender aus dem Bereich der Schweißtechnik sollte immer Wert auf qualitativ hochwertige Produkte legen, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Das WIG-Impulsschweißen im Bereich der Schweißtechnik

Das WIG-Impulsschweißen ist im Bereich der Schweißtechnik eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißverfahrens. Der einzige Unterschied zum WIG-Schweißen besteht im pulsierenden Schweißstrom. Das Schweißgerät erzeugt während des Schweißens einen Grund- und einen Impulsstrom. Beide Ströme weisen unterschiedliche Frequenzen auf (Grund- und Impulsstromhöhen und auch -breiten). Am Schweißgerät selber lassen sich diese Variablen (Pulsfrequenz, Impulsbreite, Impulshöhe) getrennt voneinander einstellen. Dabei ist zu beachten, dass diese Verfahren nur mit speziellen Schweißgeräten durchgeführt werden kann. Die Schweißtechnik des WIG-Impulsschweißens ist auf den Bereich der Schweißinverter beschränkt.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die fein dosierbare Wärmeeinbringung während des Schweißvorganges. Dadurch wird eine sehr gute Spaltüberbrückung ermöglicht, desweiteren eignet sich das Verfahren sehr gut zum Schweißen von Wurzellagen und zum Schweißen in Zwangslagen. Großer Vorteil bei diesem Verfahren ist auch, dass Nahtfehler am Anfang und auch am Ende weitestgehend vermieden werden, was vor allem beim Rohrschweißen eine wichtige Rolle spielt.

Grundsätzlich handelt es sich bei diesem Verfahren um manuelles bis teilmechanisiertes Schweißverfahren, bei dem vorwiegend mit Schweißzusatzwerkstoffen gearbeitet wird, die einen Durchmesser von 1,6 mm aufweisen.

Beim Schweißen von Leichtmetallen kann ein Anschmelzen von Vorteil sein. Dadurch wird ein Durschmelzen des Werkstücks, vor allem bei dünnen Blechen (< 1 mm), verhindert. Die hohe Qualität des Schweißergebnisses wird auch durch die stark konzentrierte Wärmeeinbringung erzielt, da sie nur ein kleines Schmelzbad erzeugt.

Eine Schwäche dieses Verfahrens stellt das Heften von Werkstücken dar. Ist während des Schweißprozesses nur ein kleiner Spalt vorhanden, kann von unten Sauerstoff zugeführt werden, der die Qualität des Schweißergebnisses negativ beeinflusst.

Grundsätzlich beeinflussen die Eigenschaften der Wolframelektroden und die Zusammensetzung des Schutzgases wesentlich den Schweißprozess und damit die Qualität des Schweißergebnisses.

Wie funktioniert Lichtbogenhandschweißen?

Im Bereich der Schweißtechnik ist das Lichtbogenhandschweißen eines der ältesten und auch meisten angewandten Schweißverfahren. Als Erfinder dieser Schweißtechnik kann Nikolai Gawrilowitsch Slawjanow genannt werden. Er verwendete zum ersten Mal Metallstäbe als Schweißzusatzwerkstoffe. Diese hatten zwei Aufgaben: Zum Einen waren sie Lichtbogenträger, zum Anderen erfüllten sie die Aufgabe als Schweißzusatz. Eigentlich waren damals Kohleelektroden der übliche Schweißzusatzwerkstoff.

Zu dieser Zeit war die Schweißtechnik des Lichtbogenschweißens noch sehr anspruchsvoll. Das Problem bestand in den nicht umhüllten Elektroden. Die Schweißstelle konnte nicht vor Oxidation geschützt werden, was das Verschweißen von Metallstücken sehr schwierig werden ließ.

Grundsätzlich ist die Funktionsweise des E-Handschweißens sehr simpel: Zwischen der Elektrode und dem Werkstück wird ein Lichtbogen erzeugt, welcher als Wärmequelle genutzt wird. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird das Werkstück aufgeschmolzen. Zur gleichen Zeit wird auch der Schweißzusatzwerkstoff (Elektrode) aufgeschmolzen, der letztendlich auch die bekannte Schweißraupe erzeugt. Bei der Schweißvariante Lichtbogenhandschweißens kann sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom gearbeitet werden.

Zur Erzeugung des benötigten Schweißstroms werden spezielle Schweißstromquellen, sogenannte Schweißaggregate, benötigt. Sie dienen als Schweißtransformatoren, die mit oder ohne Schweißgleichrichter, Schweißumformer oder auch Schweißinverter ausgestattet sein können.

Im Allgemeinen kann man sagen, dass sich Gleichstromquellen vielfältiger einsetzen lassen als es bei Wechselstromquellen der Fall ist. Die Schwierigkeit besteht darin, dass sich mit Wechselstromquellen nicht alle Arten von Stabelektroden verarbeiten lassen.

Schweißstromquellen, die zum Lichtbogenhandschweißen eingesetzt werden, weisen normalerweise eine fallende statische Kennlinie auf.

Abschließend lässt sich festhalten, dass im Bereich der Schweißtechnik das Lichtbogenhandschweißen am weitesten verbreitet ist und sehr vielfältige Anwendungsbereiche abdeckt.

Schweißtechnik-Bereich: WIG-Schweißen

Die Schweißtechnik des WIG-Schweißens stammt ursprünglich aus den USA. Dort wurde sie zum ersten Mal im Jahr 1936 angewandt. In Deutschland wurde diese Art des Schweißens allerdings erst nach dem zweiten Weltkrieg eingeführt.

Die Abkürzung „WIG“ steht in diesem Fall für „Wolfram Inert Gas“. In englisch sprachigen Ländern ist dieser Bereich der Schweißtechnik mit der Abkürzung „TIG“ bekannt. „TIG“ steht in diesem Fall für „Tungsten Inert Gas“ (Tungsten = Wolfram).

Dieses Schweißverfahren ist eine relativ junge Schweißtechnik, die man in die Gruppe der Schmelzschweißverfahren einsortieren kann. Das WIG-Schweißen zeichnet sich allerdings gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch einige interessante Vorteile aus.

Da wäre zum Einen das sehr vielfältige Anwendungsspektrum zu nennen. Möchte man einen Werkstoff verschweißen, der für Schmelzschweißverfahren geeignet ist, so kann man dies mit Hilfe des WIG-Schweißverfahrens durchführen. Jeder metallische Werkstoff, der für Schmelzschweißverfahren geeignet ist, lässt sich auch mit dem WIG-Verfahren fügen. Desweiteren lassen sich mit dem WIG-Verfahren sehr hochwertige Schweißverbindungen erzeugen, sofern man die Schweißtechnik beherrscht. Während Schweißprozesses entstehen kaum Spritzer und nur sehr wenige Schadstoffe.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass bei diesem Verfahren die Zufuhr des Schweißzusatzwerkstoffes und die Stromstärke unabhängig sind. Der Schweißtechniker hat dadurch zum Einen die Möglichkeit seinen Schweißstrom individuell auf die Gegebenheiten abzustimmen und zum Anderen nur so viel Material des Schweißzusatzwerkstoffes hinzuzugeben, wie nötig ist. Diese Vorteile machen diese Schweißtechnik besonders geeignet zum Schweißen von Wurzellagen und während des Schweißens in Zwangslagen.

Diese Vorteile haben auch dazu geführt, dass das WIG-Schweißen sehr häufig bei Schweißungen an Luft- und Raumfahrtgeräten, im chemischen Anlagen- und Apparatebau sowie im Bereich der Kerntechnik Anwendung findet.

Arbeitsschutz im schweißtechnischen Bereich

Jedem, der im Bereich der Schweißtechnik arbeitet, sollte bewusst sein, dass er es mit sehr starken Strömen, explosiven Gasen und gefährlichen Abgasen zu tun hat. Auch eine Gefährdung durch Licht und Wärmeentwicklungen sowie Spritzern flüssigen Metalls während des Schweißvorganges sollte nicht unterschätzt werden.

Wie stark die Gefährung für den Schweißer ist, hängt maßgeblich vom angewendeten Schweißverfahren ab. Die Schweißverfahren von welchen wahrscheinlich die größten Gefahren für den Menschen ausgehen, sind das Lichtbogenschweißen, und auch das Schutzgasschweißen sowohl in den Varianten MIG als auch MAG. Häufig wird in diesem Bereich mit hochlegierten Zusatzwerkstoffen gearbeitet, die ein hohes Krebsrisiko mit sich bringen.

Als besonders gesundheitsschädlich gelten auch chrom- und nickelhaltige Schweißzusatzwerkstoffe. Häufig treten sie in Form von Chromaten oder auch Nickelverbindungen auf.

Eine weitere große Gefahr tritt durch den Werkstoff Mangan und seinen Verbindungen auf. Die Grenzwerte für diesen Stoff werden im Arbeitsalltag häufig überschritten, trotz eingesetzter Absauganlagen. Die Folgen einer hohen Mangan-Dosis durch einfaches Einatmen können unter anderem zu entzündlichen Reaktionen in der Lunge führen, die sich bis zu einer schweren Lungenerkrankung entwickeln kann.

Um im Bereich der Schweißtechnik diese Art von Erkrankungen zu vermeiden ist ein den Schweißaufgaben entsprechende Schutzausrüstung unerlässlich. Angefangen bei einer persönlichen Einweisung in den Arbeitsplatz über einen entsprechenden Ausbildungsnachweis bis hin zur persönlichen Schutzausrüstung wie Schweißerjacke und -hose, Helm, Handschuhe und passenden Arbeitsschuhen.

Die Schweißtechnik im Bereich Schutzgasschweißen

Im Bereich der Schweißtechnik ist das MSG-Schweißen eines der jüngeren Schweißverfahren. MSG-Schweißen steht dabei für Metallschutzgasschweißen. Entdeckt beziehungsweise erfunden wurde dieses Verfahren in den USA. Dort wurde es zum ersten Mal im Jahr 1948 angewandt.

In der Anfangszeit des MSG-Schweißens wurde nur mit inerten Gas oder mit Argon geschweißt. Der Anteil an aktiven Gasen wie zum Beispiel Sauerstoff war nur verschwindend gering. Aus diesem Grund wurde das MSG-Schweißen in der Anfangszeit auch als SIGMA-Schweißen bezeichnet (shielded inert gas metal arc).

Der Begriff „inert“ stammt ursprünglich aus dem Lateinischen und steht für untätig, unbeteiligt oder auch träge. Im Bereich des MSG-Schweißens stellen inerte Gase Reaktionspartner dar, die wie schon gesagt, kaum bis gar nicht während des Schweißprozesses reagieren.

Im Jahr 1953 wurde in der Sowjetunion zum ersten Mal ein aktives Gas statt der bisher verwendeten inerten Gase verwendet. Zum Einsatz kam damals Kohlendioxid. Möglich wurde dies allerdings erst durch den Einsatz von Drahtelektroden. Sie konnten den höheren Abbrand von Legierungselementen, der während des Aktivgasschweißens entstand, ausgleichen.

Das MIG/MAG-Schweißen stellt ebenfalls ein Lichtbogenschweißverfahren dar. Im Bereich der Schweißtechnik steht MIG für Metal-Inert-Gas und MAG für Metal-Aktiv-Gas. Bei diesen Verfahren wird also einmal ein aktives und ein nicht-aktives Gas während des Schweißens verwendet. Auch diese Art der Schweißtechnik lässt sich sehr einfach erklären. Der verwendete Schweißdraht wird mit Hilfe von Drahtvorschubrollen kontinuierlich zur Schweißstelle transportiert. Zur gleichen Zeit wird über eine Düse das Schutzgas zugeführt. Dieses Schutzgas hat die Eigenschaft die Schweißstelle vor Oxidation zu schützen, was die Schweißnaht um einiges stabiler werden lässt.