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Werkstofftechnik 2 - Lichtbogenhandschweißen

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Werkstofftechnik 2

Lichtbogenhandschweißen

Bei diesem Schweißverfahren wird ein elektrischer Lichtbogen erzeugt. In diesem Lichtbogen fließt ein elektrischer Strom zwischen einer Kathode (negativ) und einer Anode (positiv) entweder als Gleichstrom oder Wechselstrom. Dass über den Lichtbogen Strom fließt, beruht auf der leitfähig gewordenen Gasstrecke, die ihre Leitfähigkeit durch thermisch erzeugte freie Elektronen und Ionen erlangt. Die Anode ist eine verzehrende Elektrode, wie im Laufe des Schweißprozesses schmilzt und als Schweißzusatz die Schweißnaht ausfüllt. Das Werkstück nimmt die Aufgabe der Kathode wahr. 
Bei dieser Schweißart kommt der Umhüllung der abschmelzenden Elektrode eine besondere Bedeutung zu. Sie schirmt die Elektrode, den Lichtbogen und das erstarrenden Schweißbad gegenüber der Atmosphäre ab, damit es nicht zu Porosität oder Versprödung infolge von $O_2 $ - oder $ N_2 $ - Aufnahmen kommen kann. 

Damit die Umhüllung ihren Aufgaben gerecht werden kann, besitzt sie folgenden Bestandteile:

  • Schlackenbildende saure und basische Oxide $\Longrightarrow  TiO_2, FeO, MnO_2, Al_2O_3, CaO $
  • Schutzgasbildende organische und anorganische Verbindungen $\Longrightarrow $ Dextrin, Zellulose, Karbonate
  • Lichtbogenstabilisierende Alkali- und Erdalkaliverbindungen $\Longrightarrow $ Na-, Ca- Verbindungen
  • Metallisch wirksame Zusätze $\Longrightarrow $ Legierungsmittel, Entschwefelungsmittel  

Merke

Da die Bestandteile der Umhüllung einen entscheidenden Einfluss auf das Schweißverhalten und die Beschaffenheit der Schweißnaht hat, unterscheidet man die unterschiedlichen Schweißnahtelektroden nach ihrem Umhüllungstyp:
Sauere Umhüllung A, Basische Umhüllung B, Rutil-Umhüllung R

Beim Schmelzprozess selbst erfolgt der Metalltransport von der Elektrode in das Schmelzbad in Tropfenform und in geringerem Umfang durch Verdampfung und Kondensation. Der Transport wird durch den Pinch-Effekt ermöglicht. Der Pinch-Effekt beschreibt den magnetischen Kontraktionseffekt bei dem sich tropfenförmige Abschnürungen in der Schmelz an der Anode bilden. Löst sich der Abschnürquerschnitt komplett auf, so wird der Tropfen in das Schweißbad geschleudert. 

Lichtbogenhandschweißen
Lichtbogenhandschweißen (schematische Darstellung)
Lichtbogen beim Schweißen
Lichtbogen beim Schweißen