Weil produktivere Verfahren wie das MIG/MAG-Schweißen zunehmend an Bedeutung gewonnen haben, ist das Elektrodenschweißen (E-Hand) in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen. Teilweise als Folge dieser Entwicklung sowie der Einfachheit des Prozesses wird der Optimierung des Elektrodenschweißen wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Moderne E-Hand-Schweißmaschinen verfügen jedoch über eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten, um das Verhalten des Lichtbogens zu beeinflussen. Der Elektrodentyp, insbesondere die Umhüllung der Elektrode, beeinflusst maßgeblich die Zündeigenschaften des Lichtbogens und den Materialübergang in das Schweißbad. So kann die Optimierung der Schweißmaschineneinstellungen hinsichtlich dieser Aspekte die Schweißqualität verbessern oder das Erreichen des gewünschten Ergebnisses zumindest leichter machen.

Einstellbare Schlüsselparameter

Der Schweißstrom ist natürlich die wichtigste Einstellung beim E-Hand-Schweißen. Darüber hinaus erlauben es fast alle modernen E-Hand-Schweißmaschinen, die Stromstärke der Lichtbogenzündzeit separat zu regeln. Bei Kemppi-Schweißmaschinen wird für diese Funktion der Begriff „Hotstart“ verwendet. Das Einstellen des Hotstarts wurde so einfach wie möglich gemacht: Anwender können die Zeit und Stromstärke der Lichtbogenzündung mit nur einer Einstellung festlegen. Die Erhöhung des Hotstarts verbessert zwar die Kontaktzündung, ein zu hoher Hotstart kann im schlimmsten Fall jedoch Schweißfehler wie Durchbrand oder Einbandkerben verursachen.

Eine weitere gängige Einstellung beim E-Hand-Schweißen ist die Regelung der Lichtbogendynamik, mit der das Verhalten des bereitgestellten Stroms in Kurzschlusssituationen angepasst wird. Für Schweißer sieht und fühlt sich diese Einstellung in der Praxis wie eine Veränderung der Lichtbogenstärke an. Daher wird die Einstellung bei Kemppi-Schweißgeräten als „Lichtbogenstärke“ bezeichnet. So kann zum Beispiel eine Erhöhung der Lichtbogenstärke dafür sorgen, dass die Elektrode nicht so leicht anhaftet. Auf der anderen Seite kann eine zu hohe Lichtbogenstärke die Anzahl der Schweißspritzer erhöhen.

Zusätzlich zu diesen beiden allgemeinen Einstellungen verfügen die meisten modernen E-Hand-Schweißmaschinen über eine Einstellung für die Lichtbogenlänge, das heißt das Spannungslevel, bei dem der Lichtbogen abgeschaltet wird. Durch eine möglichst niedrige Einstellung für das Abreißen des Lichtbogens kann der Anwender Brandmarken beim Stoppen minimieren. Bestimmte Elektrodentypen und Anwendungstechniken machen es jedoch erforderlich, das Abreißen des Lichtbogens hoch einzustellen, damit es nicht zu einer versehentlichen Unterbrechung des Schweißvorgangs kommt. Durch die Einstellung des Abreißlevels auf das Maximum kann die Schweißmaschine den Lichtbogen so lange strecken, wie es die Spannungsreserve zulässt. Durch die Senkung dieses Wertes kann das Stromquellenprogramm den Befehl ausgeben, den Lichtbogen bei einem festgelegten Level auszuschalten.

Elektrodentypen und ihre Eigenschaften

Elektrodentypen werden in der Regel auf Grundlage der chemischen Zusammensetzung der Elektrodenumhüllung und des Kerns klassifiziert. Wenn neben der chemischen Zusammensetzung auch das Lichtbogenverhalten und die Anforderungen an die Schweißmaschineneinstellungen berücksichtigt werden, hat sich die folgende Klassifizierung in der Theorie wie auch der Praxis bewährt: basische Elektroden, Rutilelektroden, Edelstahlelektroden, Hochleistungslektroden und Zelluloseelektroden.

In den skandinavischen Ländern werden am häufigsten basische Elektroden verwendet. Normalerweise ist die Lichtbogenzündung bei diesen Elektrodentypen schwach, insbesondere wenn die Graphitspitze bei der ersten Zündung weggebrannt ist. Um die Lichtbogenzündung bei der Verwendung basischer Elektroden zu verbessern, sollte der Anwender einen Lichtbogenzündstrom (Hotstart) verwenden, der deutlich stärker ist als der Schweißstrom. Bei basischen Elektroden geschieht der Werkstoffübergang in Form großer Tropfen und erfolgt über starke Kurzschlüsse. Aus diesem Grund benötigen basische Elektroden eine relativ hohe Lichtbogenstärke, also eine raue Lichtbogendynamik, um optimal zu funktionieren. Aufgrund der charakteristischen Eigenschaften basischer Elektroden sollte das Abreißlevel für den Lichtbogen wegen der großen Tropfen und der starken Kurzschlüsse nicht begrenzt sein.

International weit verbreitet ist der Einsatz von Rutilelektroden. In der Regel ermöglichen sie eine gute Kontaktzündung. Aus diesem Grund benötigen Rutilelektroden keinen so starken Hotstart wie basische Elektroden. Sie erzeugen auch feinere Tropfen als basische Elektroden. Das bedeutet, dass der Anwender mit einer geringeren Lichtbogenstärke als bei basischen Elektroden schweißen kann, also mit einem Lichtbogen, der sich weicher anfühlt. Um Brandmarken bei der Verwendung von Rutilelelektroden zu minimieren, kann das Lichtbogenabreißlevel verhältnismäßig niedrig sein. Auch Edelstahlelektroden haben normalerweise eine Rutilumhüllung. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit und der Fließeigenschaften des Grundwerkstoffs erzielen Anwender meist die besten Ergebnisse, wenn sie Edelstahlelektroden mit höheren Einstellungen für Hotstart und Lichtbogenstärke verwenden. Die Wahl dieser Einstellungen wird empfohlen, wenn der Anwender mit niedrigerer Stromstärke schweißt, was bei der Verarbeitung von Edelstählen nicht selten ist.

Hochleistungselektroden verhalten sich im Vergleich zu basischen Elektroden in der Regel ähnlich wie Rutilelektroden. Ihre Lichtbogenspannung beziehungsweise Lichtbogenlänge ist jedoch noch größer, was bedeutet, dass sie kein hohes Hotstartlevel benötigen, um ein Anhaften zu vermeiden. Außerdem erfolgt der Werkstoffübergang in Form kleiner Tropfen, was mögliche Kurzschlüsse klein und leicht macht. Aus diesem Grund kann der Anwender bei Verwendung von Elektroden mit hoher Ausbringung mit einer geringen Lichtbogenstärke schweißen. Aufgrund des langen Lichtbogens sollte das Lichtbogenabreißlevel nur geringfügig begrenzt sein.

Zelluloseelektroden werden unter anderem zum Schweißen von Rohrleitungen auf Baustellen eingesetzt. Sie sind zum Teil auch Allzweckelektroden, zum Beispiel in Südamerika. Das Wiederzünden des Lichtbogens ist bei diesen Elektroden normalerweise schwierig, da die Elektrodenumhüllung oft eher vom Rand als vom Kern abbrennt. Daher benötigen Zelluloseelektroden oft einen mäßig intensiven Hotstart. Wenn Anwender Rohre mit Zelluloseelektroden schweißen, verwenden sie eine spezielle Technik, bei der die Lichtbogenlänge stark schwankt. Beim Schweißen in der Nähe des Grundwerkstoffs ist eine sehr hohe Lichtbogenstärke erforderlich, um ein Anhaften zu verhindern. Auf der anderen Seite ist beim Schweißen weiter weg vom Grundwerkstoff eine erhebliche Spannungsreserve erforderlich, um das Erreichen des Lichtbogenabreißlevels zu vermeiden. Anwender sollten bei der Verwendung von Zelluloseelektroden aufgrund dieser speziellen Technik das Lichtbogenabreißlevel nicht einschränken.

Optimierte Einstellungen für einfachen und schnellen Zugriff

Kemppi hat vor Kurzem eine neue Generation von E-Hand-Schweißmaschinen auf den Markt gebracht, die „Master 315“. Die Maschine verfügt über eine 300-A-Stromquelle, die hohe Anforderungen beim E-Hand-Schweißen erfüllt, auch bei der Anwendung spezieller Schweißtechniken mit Zelluloseelektroden.

Der Weld Assist, bisher nur in der „Mastertig“-Produktfamilie verfügbar, ist nun auch für das E-Hand-Schweißen erhältlich. Anwender müssen nur drei Fragen beantworten, dann schlägt die Maschine geeignete Einstellungen für die oben beschriebenen Parameter vor. Darüber hinaus stellt die Maschine eine Anleitung zur Polaritätsauswahl bereit (DC+/DC-). Die vorgeschlagenen Einstellungen sind auf Tastendruck verfügbar. Die neue Version von Weld Assist für das E-Hand-Schweißen ist nicht nur in der Master 315 enthalten, sondern auch über eine Systemaktualisierung für alle Mastertig-Geräte verfügbar, die mit einem TFT-Display ausgestattet sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Anpassung der Lichtbogenabschaltung sowie Einstellungen für Zelluloseelektroden fehlen.

Der Benutzer wählt den Elektrodentyp zunächst anhand der beschriebenen Klassifizierung aus den Optionen aus. Auf Grundlage dieser Auswahl schlägt die Benutzeroberfläche dann entsprechende Einstellungen für den Hotstart, die Lichtbogenstärke und den Lichtbogenabriss vor. Wenn der Anwender eine Zelluloseelektrode wählt, aktiviert das Gerät automatisch ein spezielles Schweißprogramm, in dem die Lichtbogendynamik für die Eigenschaften der Zelluloseelektrode und die dafür erforderlichen speziellen Anwendungstechniken optimiert ist. Nach der Auswahl des Elektrodentyps folgt die des Elektrodendurchmessers und des Fugentyps. Die Schweißstromstärke wird auf Grundlage dieser beiden Angaben und des Elektrodentyps ausgewählt. Hat der Anwender die vorgeschlagenen Einstellungen akzeptiert, ist das Gerät sofort einsatzbereit. Feineinstellungen lassen sich weiterhin vornehmen.

Antti Kahri, Schweißfachingenieur bei Kemppi Oy

Kemppi GmbH
Perchstetten 10
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