Einleitung

Bei diesem Schweissverfahren wird ein elektrischer Lichtbogen als Wärmequelle genutzt. Er wird zwischen einer Elektrode und dem Werkstück gezündet. Durch die hohe Temperatur des Lichbogens wird der Werkstoff aufgeschmolzen. Gleichzeitig schmilzt die Elektrode als Zusatzwerkstoff ab und bildet eine Schweissraupe. Zum Schweissen sind Stromstärken bis zu 1000 A und Spannungen von 15 V bis 50 V erforderlich.

Schweissstromquellen (Fk. Metall S.222)

Die gebräuchlichen Netzspannungen betragen 230 V bzw. 400 V, also Wechselstrom mit hoher Spannung und niedriger Stromstärke. Beim Schweissen werden aber niedrige Spannung und hohe Stromstärke benötigt, deshalb werden verschiedene 'Stromumformer' benutzt:

Schweisstransformator

Im Schweisstransformator wird Wechselstrom mit hoher Spannung und niedriger Stromstärke in Wechselstrom mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke umgeformt.

In feuchten und engen Räumen ist der Schweisstransformator nicht zugelassen.

Schweissgleichrichter

Im Transformator wird die Netzspannung in einen Wechselstrom mit geringer Spannung und hoher Stromstärke umgewandelt. Im nachgeschaltenen Gleichrichter wird der umgewandelte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt.

Schweissumformer

Im Schweissumformer treibt ein Motor einen Generator mit einer gemeinsamen Welle an. Der Motor wird mit Netzspannung oder, wo kein Netzstrom vorhanden ist, über einen Verbrennungsmotor betrieben. Er liefert in der Regel Gleichstrom mit bis zu 42 Volt im Leerlauf.

3. Schweisselektroden (Fk. Metall S.223)

Sie bestehen aus dem Kerndraht, der aus dem gleichen Werkstoff bestehen muss wie die zu verschweissenden Werkstoffe, und der Umhüllung. Der Kerndraht bildet beim Schweissen die sogenannte Schweissraupe, die eigentliche Schweissnaht.
Die Umhüllung hat die Aufgabe, den flüssigen Werkstoffübergang und das Schmelzbad vor dem Einwirken der Luft abzuschirmen. Ebenso verhindert die abgeschmolzene Umhüllung, welche nun als Schlacke auf der Schweissnaht aufschwimmt, die zu rasche Abkühlung der Raupe. Dadurch werden die Schrumpfspannungen vermindert.

Wahl der Schweisselektrode

Bei der Auswahl der Elektrode müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:
l Werkstoff der zu verbindenden Bauteile
l Materialdicke l Art des Schweissstroms l Schweissposition

Elektrodenwerkstoff

Der metallische Werkstoff der Elektrode muss etwa die gleiche Zusammensetzung wie die Bauteile haben.

Kernstabdurchmesser

Der Kernstabdurchmesser richtet sich nach der Dicke der zu fügenden Bauteile. Für Werkstücke bis zu 4 mm wählt man den Elektrodendurchmesser gleich der Materialdicke. Bei dickeren Werkstücken nimmt der Durchmesser nicht linear zu, sondern werden, wenn die Materialdicke sehr gross ist, in mehreren Lagen geschweisst.

Umhüllungsdicke

Die Umhüllungsdicke beeinflusst die Schweisseigenschaften. Je dicker die Umhüllung ist, desto feintropfiger wird der Werkstoffübergang. Dadurch wird das Nahtaussehen gleichmässiger und die Einbrandtiefe erhöht.

4. Wie entsteht ein Lichtbogen (Fk. Metall S.223)

Der Lichtbogen wird durch einen Kurzschluss zwischen dem Werkstück (Pluspol) und der Stabelektrode (Minuspol) erzeugt. Im Berührungspunkt entsteht durch den grossen Übergangswiderstand hohe Temperaturen. Die Atome der Umgebung werden dadurch aufgespalten in elektrisch positiv geladene Ionen und Elektronen. Dadurch entsteht ein Lichtbogenplasma. Dieses Plasma leitet den Strom. Am Minuspol entsteht eine Temperatur von etwa 3600°C, und am Pluspol (Werkstück) wird es etwa 4200°C.Bei solchen Temperaturen Schmelzen die Ansatzpunkte des Lichtbogens an der Elektrode und am Werkstück. Die Elektronen werden beim Schweissen mit Gleichstrom höher beschleunigt als die Ionen, darum ist es am Pluspol etwa 500°C heisser. Beim Schweissen mit Wechselstrom werden beide Pole gleich erwärmt. Der Lichtbogen brennt beim Schweissen mit Gleichstrom ruhiger als beim Schweissen mit Wechselstrom. Im Lichtbogen entsteht UV-Strahlung. Darum müssen Haut und Augen mit entsprechenden Schutzgläser, Schutzhauben und Schutzkleidung geschützt werden.

5. Arbeitstechnik (Fk. Metall S.224)

Das zünden des Lichtbogens geschieht durch tupfende Berührung der Stabelektrode auf dem Werkstück. Die Lichtbogenlänge, das ist der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück, sollte etwa dem Durchmesser der verwendeten Stabelektrode entsprechen. Die Lichtbogenlänge muss immer konstant bleiben, das muss man durch das Nachführen der Stabelektrode ausgleichen. Durch entsprechende Haltung und Führung der Stabelektrode kann die Richtung und der Druck des Lichtbogens so beeinflusst werden, dass die nachfliessende Schlacke nicht in Schweissrichtung vorläuft. Dadurch werden Schlackenlöcher und Bindefehler vermieden.

Am Ende der Schweissnaht wird der Lichtbogen in Richtung der Schweissfuge geschleppt bis er abreisst. Dadurch wird Einbrand vermieden.

Der Schweissstrom ist zu gross, wenn das Reststück einer abschmelzenden Elektrode Glühtemperatur erreicht. Der Schweissstrom ist zu klein, wenn der Lichtbogen schlecht gezündet oder gehalten werden kann und die flüssige Schlacke die Bildung einer normalen Schweissnaht behindert.

Grosse Schweissfugen werden in mehreren Lagen geschweisst. Die Schlacke der zuvor geschweissten Lage muss vollständig entfernt werden. Breite Schweissnähte werden mit einer pendelnden Bewegung der Stabelektrode geschweisst.

6. Blaswirkung (Fk. Metall S.223,224)

Die Blaswirkung verursacht eine Ablenkung des Lichtbogens. Sie entsteht durch den Einfluss eines elektromagnetischen Feldes, das sich ringförmig um jeden stromdurchflossenen Leiter und senkrecht zur Stromrichtung ausbildet. Wenn z.B. die Elektrode senkrecht auf dem Werkstück steht, werden die Feldlinien des Magnetfeldes in der Krümmung zusammengedrängt und gegenüber aufgelockert. In diesem aufgelockerten Bereich wird der Lichtbogen abgelenkt (Blaswirkung).

7. Arbeitsregeln (Fk. Metall S.224)

Schweissen mit entblössten Armen und freiem Oberkörper ist verboten (Strahlung des Lichtbogens, Schweissgutspritzer).

Beim Lichtbogenhandschweissen ist die Arbeitsstelle so abzuschirmen, dass andere Personen durch die Strahlen nicht geschädigt werden (Verblitzen der Augen).

Das elektrische Schweissen erfordert einen Schutzschild mit Seitenschutz. Auch seitlich ins Auge fallende Strahlen sind schädlich.

Die Schlacke auf der Naht darf erst nach dem Erkalten entfernt werden, damit das Werkstück langsam abkühlen kann. Auch für diese Arbeit ist der Schutzschild zu benützen.