03.3 Schmelzschweißen/Lichtbogenschweißen - Lichtbogenschweißen Flashcards
Lichtbogenschweißen - Verfahrensprinzip
Lichtbogen brennt zwischen dem Grundwerkstoff und einer abschmelzenden Elektrode, die gleichzeitig den Zusatzwerkstoff bildet
- Schweißstromstärke und Zusatzwerkstoffeinbringung sind unmittelbar gekoppelt (gewisser Einfluss kann nur über den Durchmesser der Elektrode genommen werden -> je dünner die Elektrode, umso weniger elektrische Energie wird zum Abschmelzen benötigt) -> Unterschied zum WIG-Schweißen
Lichtbogenschweißen - Aufbau
- Stabförmige Elektrode ist in einem Elektrodenhalter eingespannt, der vom Schweißer geführt wird
- Kabel schließen den Stromkreis über die Schweißenergiequelle zum Werkstück
Lichtbogenschweißen - Kennlinie
Steil fallende Quellenkennlinien
- Stromstärke bleibt bei unterschiedlicher Lichtbogenlänge konstant
- Konstanter Strom -> gleichmäßige Abschmelzleistung, gleichmäßige Einbrandtiefe
Lichtbogenschweißen - Schlacke
Funktion des Schutzgases beim WIG-Schweißen wird von einer Schlacke übernommen, die beim Schmelzen der meist mineralischen Umhüllung der Stabelektrode gebildet wird
- Bestimmt darüber hinaus die Verarbeitungseigenschaften der Elektrode und die mechanischen Eigenschaften des erstarrenden Schweißgutes
- Die über dem Schweißgut erstarrte Schlacke wird nach dem Erkalten der Naht entfernt
Schweißstromquellen
- Transformatoren
- Invertstromquellen
- Umformer
Schweißstromquellen - Transformatoren
- Einfachster Fall
- liefern Wechselstrom; ergänzt um Gleichrichter liefern sie Gleichstrom
- Schweißstromeinstellung bei Transformatoren über Stufenschalter; in Grenzen über Streukerne (Bewirken im Transformator höhere Verluste, ermöglichen eine stufenlose Einstellung)
Heute:
- Transformatoren kaum noch Bedeutung
- Stattdessen Invertstromquellen
Schweißstromquellen - Invertstromquellen
- Leichter
- Besserer Wirkungsgrad
- Elektronisch regelbar
- Individuelle Gerätekennlinien möglich (Stromüberhöhung bei niedrigen Schweißspannungen)
-> Bewirkt bei kurzen Lichtbögen ein schnelleres Abschmelzen der Elektrode - Gerne zum Fallnahtschneiden verwendet
Schweißstromquellen - Umformer
- Gleichstromerzeugung durch Gleichstromgeneratoren
- Angetrieben durch Verbrennungsmotoren
- Ideal für Baustelleneinsatz
Aufgaben der Umhüllung (5)
- Leitfähigkeit der Lichtbogenstrecke verbessern
- Bilden einer Schlacke
- Bilden einer Schutzgasatmosphäre
- Desoxidiern und ggf. auflegieren
- Verwendung als Zusatwerkstoff durch Einbringung von Metallpulver (Hochleistungselektrode)
Aufgaben der Umhüllung - Leitfähigkeit der Lichtbogenstrecke verbessern
- Erleichtern des Zündens
- Erhöhung der Lichtbogenstabilität
Aufgaben der Umhüllung - Bilden einer Schlacke
- Beeinflusst Tropfengröße
- Schützt den übergehenden Tropfen und das geschmolzene Schweißgut vor den Einflüssen der Luft
- Formt die erstarrende Raupe
Aufgaben der Umhüllung - Bilden einer Schutzgasatmosphäre
Aus organischen Stoffen
- Unter Wärme des Lichtbogens setzen diese CO2 frei
- CO2 ist vergleichsweise leicht ionisierbar -> erleichtert somit das Zünden und Brennen des elektrischen Lichtbogens
Aus Karbonaten
Aufgaben der Umhüllung - Desoxidieren und ggf. auflegieren
- Desoxidation durch Reaktion des flüssigen Metalls mit der Schlacke
- Auflegierung durch Wechsel von Legierungselementen von der Schlacke in das Schweißgut und umgekehrt -> verändern die Zusammensetzung des flüssigen Metalls
Zubrand und Abbrand
Zubrand:
Legierungselemente werden vom Schweißgut aufgenommen
Abbrand:
Schweißgut verarmt an Legierungselementen
Hochleistungselektroden
In der Umhüllung befindet sich zusätzliches Metallpulver (bis zu 125% der Masse des Kernstabes)
- Geht in des Schmelzbad über und vergrößert die dort deponierte Schweißgutmenge
Umhüllungstypen
- Zellulosetyp C
- Saurer Typ A
- Rutiler Typ R
- Basischer Typ B
Umhüllungstypen - Zellulosetyp C
- Anwendungsbereich
- Stromart
- Polung
- Tropfenübergang
- Spaltüberbrückbarkeit
Anwendungsbereich
Außenanwendungen (Unempfindlichkeit ggü. Wind)
Stromart
Wechsel- oder Gleichstrom
Polung
Gleichstrom: Elektrode i.d.R. Minuspol
Tropfenübergang
Mitteltropfig
Spaltüberbrückbarkeit
Sehr gut
Umhüllungstypen - Zellulosetyp C
- Vorteile
- Nachteile
- Haupteinsatzbereiche
Vorteile
- Enthält einen großen Anteil Zellulose (Holzschliff) -> Verbrennt am Lichtbogen hauptsächlich zu CO2 (schützt die Schweißstelle)
- Bildet kaum Schlacke aus (Vorteil bei Fallnahtschweißung)
Nachteile
- Verbrennung der Zellulose setzt viel Rauch frei -> gut belüfteter Raum oder im Freien
- Spritzer
Haupteinsatzbereiche
- Fallnahtschweißungen bei der Pipelineverlegung (gute Spaltüberbrückbarkeit)
Umhüllungstypen - Saurer Typ A
- Anwendungsbereich
- Stromart
- Polung
- Tropfenübergang
- Spaltüberbrückbarkeit
Anwendungsbereich
Dort wo Schlacke nur schwierig entfernt werden kann
Stromart
Wechsel- oder Gleichstrom
Polung
Gleichstrom: Elektrode i.d.R. Minuspol
Tropfenübergang
Feintropfig bis Sprühregenartig
Spaltüberbrückbarkeit
Mäßig
Umhüllungstypen - Saurer Typ A
- Vorteile
- Nachteile
Vorteile
- Poröse Schlacke -> zerfällt leicht unter dem Schlackehammer -> ist sehr leicht aus engen und schmalen Spalten zu entfernen
- Feintröpfige Werkstoffübertragung -> Glatte Nähte -> Schlacke löst sich gut
Nachteile
- Mäßige Spaltüberbrückbarkeit
- Große Abbrandverluste
Umhüllungstypen - Rutiltyp R
- Stromart
- Polung
- Tropfenübergang
- Spaltüberbrückbarkeit
Stromart
Wechsel- oder Gleichstrom
Polung
Gleichstrom: Elektrode i.d.R. Pluspol
Tropfenübergang
Mittel- bis Feintropfig
Spaltüberbrückbarkeit
Gut
Umhüllungstypen - Rutiltyp R - Vorteile
- Universeller Einsatz
- Feintröpfige Werkstoffübertragung -> Glatte Nähte -> Schlacke löst sich gut
-> Am weitesten verbreitet
Umhüllungstypen - Basischer Typ B
- Anwendungsbereich
- Stromart
- Polung
- Tropfenübergang
- Spaltüberbrückbarkeit
Anwendungsbereich
Dort wo gute Zähigkeitseigenschaften benötigt werden
Stromart
Gleichstrom
Polung
Elektrode i.d.R. Pluspol
Tropfenübergang
Grobtropfig
Spaltüberbrückbarkeit
Gut
Umhüllungstypen - Basischer Typ B
- Vorteile
- Nachteile
Vorteile
- Sehr gute Zähigkeitseigenschaften der erzeugten Schmelzgüter ( basische Schlacke entfernt vor allem oxidische Untereinheiten der Schmelze)
- Großtropfiger Werkstoffübergang in Verbindung mit zähen Schmelzbädern produziert raue und unregelmäßige Nahtoberflächen, die die Schlacke festhalten
Nachteile
- Zünden sehr schlecht -> schwierig zu verarbeiten
- Müssen frei von kristallinem Wasser sein -> Ofengetrocknet und in beheizten Köchern warmhalten
Ausziehlänge
- Schweißnahtlänge, die mit einer Elektrode bei einer bestimmten Nahtdicke hergestellt werden kann (die Verluste durch den verbleibenden Endstummel werden berücksichtigt).
- Stellt die Basis für die Kalkulation der benötigten Elektrodenanzahl dar
- Definiert Streckenenergie (die elektrische Leistung, die pro Längeneinheit in den Werkstoff eingebracht wird)
Faustformel Kernstabdurchmesser und notwendiger Schweißstrom
Strom [A] = 40*Kernstabdurchmesser [mm]
Vor- und Nachteile kleinerer Stabdurchmesser
Vorteile:
- Einfachere Handhabung -> Lichtbogenstabilität, geringere Gefahr des Durchbrennens
Nachteile:
- Geringerer Einbrand
- Schweißvorgang erheblich langsamer
Ausbringung
Ausbringung = (Abgeschmolzenes Schweißgutgewicht/Abgeschmolzenes Kernstabgewicht) * 100 (%)
Lichtbogenschweißen - Vorteile (6)
- Preiswerte Schweißanlage
- Hoch flexibel im Hinblick auf Werkstoff Blechdicke und Schweißposition
- Verarbeitungseigenschaften und Schweißguteigenschaften über die Umhüllung einstellbar
- Weitgehend windunempfindlich
- Zwangslageneignung
- Gute Baustelleneignung
Lichtbogenschweißen - Nachteile
- Kleine Einschaltdauern
- Kaum mechanisierbar
Lichtbogenschweißen - Werkstoffe
Stähle
- Un- und niedriglegierte Stähle
- Hochlegierte Stähle
Nichteisenmetalle
- Nickelbasislegierungen
Lichtbogenschweißen - Anwendung
Überall dort, wo die geringe Produktivität durch die hohe Flexibilität und/oder die gute Baustelleneignung aufgewogen wird
Exkurs: E-Handschweißen - Vorteile ggü. WIG/MSG
- Nur eine kompakte Stromquelle erforderlich, keine Gasflasche
- Ideal für Baustellenmontage im Freien (Wind) und Situationen mit eingeschränkter Zugänglichkeit
- Preiswerte Stromquellen
Exkurs: E-Handschweißen - Nachteile ggü. WIG/MSG
- Geringere Produktivität
- Schlackereste sind Fehlerquelle
- Geringere Energiedichte als MSG und WIG
