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von uumlber 40 Jahren in der SchweiszligtechnikMIT DER ERFAHRUNG

Die EWM E-Hand-Fibel

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1 1002Art Nr WM022400

Inhalt

1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines222 Stromart223 Elektrodentypen 324 Eigenschaften der Umhuumlllungstypen 4

3 Welche Elektrode fuumlr welchen Zweck 631 Auswahl nach schweiszligtechnischen Gesichtspunkten 632 Auswahl nach werkstofflichen Gesichtspunkten 7

4 Fugenvorbereitung 941 Fugenformen 942 Anbringen der Fugenflanken9

5 Elektrodenhalter und Schweiszligleitungen10

6 Schweiszligstromquellen 1061 Stromquellenbauarten1162 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-Schweiszligen12

7 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1371 Zuumlnden des Lichtbogens1372 Fuumlhren der Elektrode1473 Magnetische Blaswirkung 1474 Schweiszligparameter 15

8 Arbeitssicherheit 15

9 Besonderheiten beim Einsatz des Verfahrens an verschiedenen Werkstoffen 1691 Un- und niedriglegierte Staumlhle1792 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasislegierungen1893 Auftragsschweiszligen18

10 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens18101 Anwendungsbeispiele 19

11 Schrifttum20

12 Impressum20

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2 1002Art Nr WM022400

1 VorwortDas Elektroden-Hand-Schweiszligen kurzE-Hand-Schweiszligen genannt ist eines deraumlltesten Schweiszligverfahren das heutenoch angewandt wird Es geht auf dieVersuche von Slawjanow zuruumlck der1891 als erster anstelle der bis dahinzum Lichtbogenschweiszligen uumlblichenKohleelektroden einen Metallstab ver-wendete der gleichzeitig Lichtbogentrauml-ger und Schweiszligzusatz war Die erstenStabelektroden waren nicht umhuumlllt unddaher schwierig zu verschweiszligen Spaumlterwurden die Elektroden mit Stoffen um-huumlllt die das Schweiszligen erleichtern dasSchweiszliggut schuumltzten und den Prozessmetallurgisch beeinflussen Das erstePatent uumlber eine umhuumlllte Stabelektrodestammte aus dem Jahre 1908 Elektro-den koumlnnen durch Tauchen oder durchPressen auf Extruderpressen umhuumllltwerden Heute werden nur noch Elektro-den mit Preszligmantelumhuumlllungen verwen-detDas E-Hand-Schweiszligen zeichnet sichdurch einen relativ geringen Investitions-bedarf und eine universelle Anwendungaus Das Verfahren kann fuumlr eine groszligePalette von Werkstoffen eingesetzt wer-den und gewaumlhrleistet Schweiszlignaumlhte vonhoher Qualitaumlt In neuerer Zeit wurde esaber vielfach aus Wirtschaftlichkeitsgruumln-den durch andere Schweiszligverfahren ab-geloumlst die sich mechanisiert anwendenlassenDiese Fibel klaumlrt uumlber die Besonderheitendes Verfahrens auf und will Hinweise fuumlrdie richtige Anwendung geben

2 Das Verfahren21 Allgemeines

Das E-Hand-Schweiszligen (Prozessnum-mer 111) zaumlhlt zu den Schmelzschweiszlig-verfahren und noch naumlher zugeordnet zuden Metall-LichtbogenschweiszligverfahrenISO 857-1 (Ausgabe 1998) erklaumlrt dieSchweiszligprozesse dieser Gruppe ausdem Englischen uumlbersetzt wie folgt

Metall-Lichtbogenschweiszligen Lichtbo-genschweiszligprozess unter Benutzung ei-ner verbrauchenden ElektrodeMetall-Lichtbogenschweiszligen ohne Gas-schutz Metall-Lichtbogenschweiszligprozessohne extern zugegebenes Schutzgas undManuelles Metall-LichtbogenschweiszligenVon Hand ausgefuumlhrtes Metall-Lichtbogenschweiszligen unter Benutzungeiner umhuumlllten ElektrodeIn Deutschland nennen wir das zuletztgenannte Verfahren Lichtbogenhand-schweiszligen oder kurz E-Hand-SchweiszligenEs ist dadurch gekennzeichnet daszlig derLichtbogen zwischen einer abschmelzen-den Elektrode und dem Schmelzbadbrennt (Bild 1)Es gibt keinen externen Schutz jeglicheSchutzwirkung vor der Atmosphaumlre gehtvon der Elektrode aus Die Elektrode istdabei Lichtbogentraumlger und Schweiszligzu-satz Die Umhuumlllung bildet Schlackeundoder Schutzgas welche ua denuumlbergehenden Tropfen und dasSchmelzbad vor dem Zutritt der atmo-sphaumlrischen Gase Sauerstoff Stickstoffund Wasserstoff schuumltzen

22 StromartZum Lichtbogenhandschweiszligen (E-Hand-Schweiszligen) kann im Prinzip sowohlGleichstrom als auch Wechselstrom ein-gesetzt werden jedoch lassen sich nichtalle Umhuumlllungstypen der Stabelektrodenan sinusfoumlrmigem Wechselstrom ver-

1 Werkstuumlck 5 umhuumlllte Elektrode2 Schweiszlignaht 6 Elektrodenhalter3 Schlacke 7 Schweiszligstromquelle4 Lichtbogen

Bild 1 Schema des manuellen Metall-Lichtbogenschweiszligens nach ISO857-1

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3 1002Art Nr WM022400

schweiszligen zB nicht die reinbasischenElektroden Beim Schweiszligen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode undder Pluspol ans Werkstuumlck angeschlos-sen Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweiszligen DasGleiche gilt fuumlr bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden Naumlheres dazu kannim Abschnitt 23 Elektrodentypen nach-gelesen werdenDie Elektrode ist das Werkzeug desSchweiszligers Er fuumlhrt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweiszligfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafuumlr unterschiedliche Strom-staumlrken erforderlich Da die Strombelast-barkeit der Elektroden abhaumlngig von ih-rem Durchmesser und ihrer Laumlnge be-grenzt ist sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Laumlngenlieferbar Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten AbmessungenMit zunehmendem Kernstabdurchmesserkoumlnnen houmlhere Schweiszligstroumlme ange-wendet werden

23 Elektrodentypen

Es gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhuumll-lungen Der Aufbau der Umhuumlllung be-stimmt den Abschmelzcharakter derElektrode ihre Schweiszligeigenschaftenund die Guumltewerte des SchweiszliggutesNach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweiszligen von unlegiertenStaumlhlen die in Tabelle 2 aufgefuumlhrtenUmhuumlllungstypenDabei muszlig unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen Dieverwendeten Buchstaben fuumlr die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose) A=acid (sauer) R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch) In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle Stabelektroden koumlnnen duumlnnum-huumlllt sein mitteldickumhuumlllt oder dickum-huumlllt Bei den Rutilelektroden die in allendrei Umhuumlllungsdicken uumlblich sind wer-den deshalb die dickumhuumlllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet

1 Schweiszligfuge 4 fluumlssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 fluumlssiges Schweiszliggut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweiszligfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Laumlngen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

Laumlng

e in

mm

Nen

nmaszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

162025

plusmn 006200bis350

plusmn 3

32405060

plusmn 010350bis450

plusmn 3

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhuumlllungstypen nach DIN EN 499

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Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

Die EWM E-Hand-Fibel

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

Die EWM E-Hand-Fibel

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

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Sch

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

Die EWM E-Hand-Fibel

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

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50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

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255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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EWM europaweit einer der fuumlhrenden Hersteller von HIGHTEC-Schweissgeraumlten bietet die ganze Welt des Schweissens Unsere umfassende Produktpalette deckt jeden Aufgabenbereich ab - von portablen Kleinstgeraumlten fuumlr den flexiblen Baustelleneinsatz bis zur mechanisierten Roboter-Anwendung z B in der Groszligindustrie Durch die permanente Entwicklung innovativster Technologien schaffen wir ausschlieszliglich Schweissmaschinen mit denen auch der anspruchsvollste Profi jede Herausforderung souveraumln meistert

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Inhalt

1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines222 Stromart223 Elektrodentypen 324 Eigenschaften der Umhuumlllungstypen 4

3 Welche Elektrode fuumlr welchen Zweck 631 Auswahl nach schweiszligtechnischen Gesichtspunkten 632 Auswahl nach werkstofflichen Gesichtspunkten 7

4 Fugenvorbereitung 941 Fugenformen 942 Anbringen der Fugenflanken9

5 Elektrodenhalter und Schweiszligleitungen10

6 Schweiszligstromquellen 1061 Stromquellenbauarten1162 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-Schweiszligen12

7 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1371 Zuumlnden des Lichtbogens1372 Fuumlhren der Elektrode1473 Magnetische Blaswirkung 1474 Schweiszligparameter 15

8 Arbeitssicherheit 15

9 Besonderheiten beim Einsatz des Verfahrens an verschiedenen Werkstoffen 1691 Un- und niedriglegierte Staumlhle1792 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasislegierungen1893 Auftragsschweiszligen18

10 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens18101 Anwendungsbeispiele 19

11 Schrifttum20

12 Impressum20

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1 VorwortDas Elektroden-Hand-Schweiszligen kurzE-Hand-Schweiszligen genannt ist eines deraumlltesten Schweiszligverfahren das heutenoch angewandt wird Es geht auf dieVersuche von Slawjanow zuruumlck der1891 als erster anstelle der bis dahinzum Lichtbogenschweiszligen uumlblichenKohleelektroden einen Metallstab ver-wendete der gleichzeitig Lichtbogentrauml-ger und Schweiszligzusatz war Die erstenStabelektroden waren nicht umhuumlllt unddaher schwierig zu verschweiszligen Spaumlterwurden die Elektroden mit Stoffen um-huumlllt die das Schweiszligen erleichtern dasSchweiszliggut schuumltzten und den Prozessmetallurgisch beeinflussen Das erstePatent uumlber eine umhuumlllte Stabelektrodestammte aus dem Jahre 1908 Elektro-den koumlnnen durch Tauchen oder durchPressen auf Extruderpressen umhuumllltwerden Heute werden nur noch Elektro-den mit Preszligmantelumhuumlllungen verwen-detDas E-Hand-Schweiszligen zeichnet sichdurch einen relativ geringen Investitions-bedarf und eine universelle Anwendungaus Das Verfahren kann fuumlr eine groszligePalette von Werkstoffen eingesetzt wer-den und gewaumlhrleistet Schweiszlignaumlhte vonhoher Qualitaumlt In neuerer Zeit wurde esaber vielfach aus Wirtschaftlichkeitsgruumln-den durch andere Schweiszligverfahren ab-geloumlst die sich mechanisiert anwendenlassenDiese Fibel klaumlrt uumlber die Besonderheitendes Verfahrens auf und will Hinweise fuumlrdie richtige Anwendung geben

2 Das Verfahren21 Allgemeines

Das E-Hand-Schweiszligen (Prozessnum-mer 111) zaumlhlt zu den Schmelzschweiszlig-verfahren und noch naumlher zugeordnet zuden Metall-LichtbogenschweiszligverfahrenISO 857-1 (Ausgabe 1998) erklaumlrt dieSchweiszligprozesse dieser Gruppe ausdem Englischen uumlbersetzt wie folgt

Metall-Lichtbogenschweiszligen Lichtbo-genschweiszligprozess unter Benutzung ei-ner verbrauchenden ElektrodeMetall-Lichtbogenschweiszligen ohne Gas-schutz Metall-Lichtbogenschweiszligprozessohne extern zugegebenes Schutzgas undManuelles Metall-LichtbogenschweiszligenVon Hand ausgefuumlhrtes Metall-Lichtbogenschweiszligen unter Benutzungeiner umhuumlllten ElektrodeIn Deutschland nennen wir das zuletztgenannte Verfahren Lichtbogenhand-schweiszligen oder kurz E-Hand-SchweiszligenEs ist dadurch gekennzeichnet daszlig derLichtbogen zwischen einer abschmelzen-den Elektrode und dem Schmelzbadbrennt (Bild 1)Es gibt keinen externen Schutz jeglicheSchutzwirkung vor der Atmosphaumlre gehtvon der Elektrode aus Die Elektrode istdabei Lichtbogentraumlger und Schweiszligzu-satz Die Umhuumlllung bildet Schlackeundoder Schutzgas welche ua denuumlbergehenden Tropfen und dasSchmelzbad vor dem Zutritt der atmo-sphaumlrischen Gase Sauerstoff Stickstoffund Wasserstoff schuumltzen

22 StromartZum Lichtbogenhandschweiszligen (E-Hand-Schweiszligen) kann im Prinzip sowohlGleichstrom als auch Wechselstrom ein-gesetzt werden jedoch lassen sich nichtalle Umhuumlllungstypen der Stabelektrodenan sinusfoumlrmigem Wechselstrom ver-

1 Werkstuumlck 5 umhuumlllte Elektrode2 Schweiszlignaht 6 Elektrodenhalter3 Schlacke 7 Schweiszligstromquelle4 Lichtbogen

Bild 1 Schema des manuellen Metall-Lichtbogenschweiszligens nach ISO857-1

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schweiszligen zB nicht die reinbasischenElektroden Beim Schweiszligen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode undder Pluspol ans Werkstuumlck angeschlos-sen Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweiszligen DasGleiche gilt fuumlr bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden Naumlheres dazu kannim Abschnitt 23 Elektrodentypen nach-gelesen werdenDie Elektrode ist das Werkzeug desSchweiszligers Er fuumlhrt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweiszligfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafuumlr unterschiedliche Strom-staumlrken erforderlich Da die Strombelast-barkeit der Elektroden abhaumlngig von ih-rem Durchmesser und ihrer Laumlnge be-grenzt ist sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Laumlngenlieferbar Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten AbmessungenMit zunehmendem Kernstabdurchmesserkoumlnnen houmlhere Schweiszligstroumlme ange-wendet werden

23 Elektrodentypen

Es gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhuumll-lungen Der Aufbau der Umhuumlllung be-stimmt den Abschmelzcharakter derElektrode ihre Schweiszligeigenschaftenund die Guumltewerte des SchweiszliggutesNach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweiszligen von unlegiertenStaumlhlen die in Tabelle 2 aufgefuumlhrtenUmhuumlllungstypenDabei muszlig unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen Dieverwendeten Buchstaben fuumlr die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose) A=acid (sauer) R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch) In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle Stabelektroden koumlnnen duumlnnum-huumlllt sein mitteldickumhuumlllt oder dickum-huumlllt Bei den Rutilelektroden die in allendrei Umhuumlllungsdicken uumlblich sind wer-den deshalb die dickumhuumlllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet

1 Schweiszligfuge 4 fluumlssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 fluumlssiges Schweiszliggut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweiszligfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Laumlngen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

Laumlng

e in

mm

Nen

nmaszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

162025

plusmn 006200bis350

plusmn 3

32405060

plusmn 010350bis450

plusmn 3

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhuumlllungstypen nach DIN EN 499

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Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

cke

(mm

)

Sch

wei

szligpo

sitio

n

Nah

tart

Ele

ktro

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ktro

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esse

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m)

Str

omst

aumlrke

(A

m-

pere

)

Bem

erku

ng

4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

Wan

ddic

ke (

mm

)

Sch

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szligpo

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m)

Str

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)

Bem

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ng

125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

a-M

aszlig (

mm

)

Sch

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n

Nah

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Ele

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r (m

m)

Str

omst

aumlrke

(A

m-

pere

)

Bem

erku

ng

2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Inhalt

1 Vorwort 2

2 Das Verfahren 221 Allgemeines222 Stromart223 Elektrodentypen 324 Eigenschaften der Umhuumlllungstypen 4

3 Welche Elektrode fuumlr welchen Zweck 631 Auswahl nach schweiszligtechnischen Gesichtspunkten 632 Auswahl nach werkstofflichen Gesichtspunkten 7

4 Fugenvorbereitung 941 Fugenformen 942 Anbringen der Fugenflanken9

5 Elektrodenhalter und Schweiszligleitungen10

6 Schweiszligstromquellen 1061 Stromquellenbauarten1162 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-Schweiszligen12

7 Durchfuumlhren des Schweiszligens 1371 Zuumlnden des Lichtbogens1372 Fuumlhren der Elektrode1473 Magnetische Blaswirkung 1474 Schweiszligparameter 15

8 Arbeitssicherheit 15

9 Besonderheiten beim Einsatz des Verfahrens an verschiedenen Werkstoffen 1691 Un- und niedriglegierte Staumlhle1792 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasislegierungen1893 Auftragsschweiszligen18

10 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens18101 Anwendungsbeispiele 19

11 Schrifttum20

12 Impressum20

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1 VorwortDas Elektroden-Hand-Schweiszligen kurzE-Hand-Schweiszligen genannt ist eines deraumlltesten Schweiszligverfahren das heutenoch angewandt wird Es geht auf dieVersuche von Slawjanow zuruumlck der1891 als erster anstelle der bis dahinzum Lichtbogenschweiszligen uumlblichenKohleelektroden einen Metallstab ver-wendete der gleichzeitig Lichtbogentrauml-ger und Schweiszligzusatz war Die erstenStabelektroden waren nicht umhuumlllt unddaher schwierig zu verschweiszligen Spaumlterwurden die Elektroden mit Stoffen um-huumlllt die das Schweiszligen erleichtern dasSchweiszliggut schuumltzten und den Prozessmetallurgisch beeinflussen Das erstePatent uumlber eine umhuumlllte Stabelektrodestammte aus dem Jahre 1908 Elektro-den koumlnnen durch Tauchen oder durchPressen auf Extruderpressen umhuumllltwerden Heute werden nur noch Elektro-den mit Preszligmantelumhuumlllungen verwen-detDas E-Hand-Schweiszligen zeichnet sichdurch einen relativ geringen Investitions-bedarf und eine universelle Anwendungaus Das Verfahren kann fuumlr eine groszligePalette von Werkstoffen eingesetzt wer-den und gewaumlhrleistet Schweiszlignaumlhte vonhoher Qualitaumlt In neuerer Zeit wurde esaber vielfach aus Wirtschaftlichkeitsgruumln-den durch andere Schweiszligverfahren ab-geloumlst die sich mechanisiert anwendenlassenDiese Fibel klaumlrt uumlber die Besonderheitendes Verfahrens auf und will Hinweise fuumlrdie richtige Anwendung geben

2 Das Verfahren21 Allgemeines

Das E-Hand-Schweiszligen (Prozessnum-mer 111) zaumlhlt zu den Schmelzschweiszlig-verfahren und noch naumlher zugeordnet zuden Metall-LichtbogenschweiszligverfahrenISO 857-1 (Ausgabe 1998) erklaumlrt dieSchweiszligprozesse dieser Gruppe ausdem Englischen uumlbersetzt wie folgt

Metall-Lichtbogenschweiszligen Lichtbo-genschweiszligprozess unter Benutzung ei-ner verbrauchenden ElektrodeMetall-Lichtbogenschweiszligen ohne Gas-schutz Metall-Lichtbogenschweiszligprozessohne extern zugegebenes Schutzgas undManuelles Metall-LichtbogenschweiszligenVon Hand ausgefuumlhrtes Metall-Lichtbogenschweiszligen unter Benutzungeiner umhuumlllten ElektrodeIn Deutschland nennen wir das zuletztgenannte Verfahren Lichtbogenhand-schweiszligen oder kurz E-Hand-SchweiszligenEs ist dadurch gekennzeichnet daszlig derLichtbogen zwischen einer abschmelzen-den Elektrode und dem Schmelzbadbrennt (Bild 1)Es gibt keinen externen Schutz jeglicheSchutzwirkung vor der Atmosphaumlre gehtvon der Elektrode aus Die Elektrode istdabei Lichtbogentraumlger und Schweiszligzu-satz Die Umhuumlllung bildet Schlackeundoder Schutzgas welche ua denuumlbergehenden Tropfen und dasSchmelzbad vor dem Zutritt der atmo-sphaumlrischen Gase Sauerstoff Stickstoffund Wasserstoff schuumltzen

22 StromartZum Lichtbogenhandschweiszligen (E-Hand-Schweiszligen) kann im Prinzip sowohlGleichstrom als auch Wechselstrom ein-gesetzt werden jedoch lassen sich nichtalle Umhuumlllungstypen der Stabelektrodenan sinusfoumlrmigem Wechselstrom ver-

1 Werkstuumlck 5 umhuumlllte Elektrode2 Schweiszlignaht 6 Elektrodenhalter3 Schlacke 7 Schweiszligstromquelle4 Lichtbogen

Bild 1 Schema des manuellen Metall-Lichtbogenschweiszligens nach ISO857-1

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schweiszligen zB nicht die reinbasischenElektroden Beim Schweiszligen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode undder Pluspol ans Werkstuumlck angeschlos-sen Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweiszligen DasGleiche gilt fuumlr bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden Naumlheres dazu kannim Abschnitt 23 Elektrodentypen nach-gelesen werdenDie Elektrode ist das Werkzeug desSchweiszligers Er fuumlhrt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweiszligfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafuumlr unterschiedliche Strom-staumlrken erforderlich Da die Strombelast-barkeit der Elektroden abhaumlngig von ih-rem Durchmesser und ihrer Laumlnge be-grenzt ist sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Laumlngenlieferbar Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten AbmessungenMit zunehmendem Kernstabdurchmesserkoumlnnen houmlhere Schweiszligstroumlme ange-wendet werden

23 Elektrodentypen

Es gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhuumll-lungen Der Aufbau der Umhuumlllung be-stimmt den Abschmelzcharakter derElektrode ihre Schweiszligeigenschaftenund die Guumltewerte des SchweiszliggutesNach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweiszligen von unlegiertenStaumlhlen die in Tabelle 2 aufgefuumlhrtenUmhuumlllungstypenDabei muszlig unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen Dieverwendeten Buchstaben fuumlr die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose) A=acid (sauer) R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch) In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle Stabelektroden koumlnnen duumlnnum-huumlllt sein mitteldickumhuumlllt oder dickum-huumlllt Bei den Rutilelektroden die in allendrei Umhuumlllungsdicken uumlblich sind wer-den deshalb die dickumhuumlllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet

1 Schweiszligfuge 4 fluumlssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 fluumlssiges Schweiszliggut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweiszligfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Laumlngen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

Laumlng

e in

mm

Nen

nmaszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

162025

plusmn 006200bis350

plusmn 3

32405060

plusmn 010350bis450

plusmn 3

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhuumlllungstypen nach DIN EN 499

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Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

cke

(mm

)

Sch

wei

szligpo

sitio

n

Nah

tart

Ele

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esse

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m)

Str

omst

aumlrke

(A

m-

pere

)

Bem

erku

ng

4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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1 VorwortDas Elektroden-Hand-Schweiszligen kurzE-Hand-Schweiszligen genannt ist eines deraumlltesten Schweiszligverfahren das heutenoch angewandt wird Es geht auf dieVersuche von Slawjanow zuruumlck der1891 als erster anstelle der bis dahinzum Lichtbogenschweiszligen uumlblichenKohleelektroden einen Metallstab ver-wendete der gleichzeitig Lichtbogentrauml-ger und Schweiszligzusatz war Die erstenStabelektroden waren nicht umhuumlllt unddaher schwierig zu verschweiszligen Spaumlterwurden die Elektroden mit Stoffen um-huumlllt die das Schweiszligen erleichtern dasSchweiszliggut schuumltzten und den Prozessmetallurgisch beeinflussen Das erstePatent uumlber eine umhuumlllte Stabelektrodestammte aus dem Jahre 1908 Elektro-den koumlnnen durch Tauchen oder durchPressen auf Extruderpressen umhuumllltwerden Heute werden nur noch Elektro-den mit Preszligmantelumhuumlllungen verwen-detDas E-Hand-Schweiszligen zeichnet sichdurch einen relativ geringen Investitions-bedarf und eine universelle Anwendungaus Das Verfahren kann fuumlr eine groszligePalette von Werkstoffen eingesetzt wer-den und gewaumlhrleistet Schweiszlignaumlhte vonhoher Qualitaumlt In neuerer Zeit wurde esaber vielfach aus Wirtschaftlichkeitsgruumln-den durch andere Schweiszligverfahren ab-geloumlst die sich mechanisiert anwendenlassenDiese Fibel klaumlrt uumlber die Besonderheitendes Verfahrens auf und will Hinweise fuumlrdie richtige Anwendung geben

2 Das Verfahren21 Allgemeines

Das E-Hand-Schweiszligen (Prozessnum-mer 111) zaumlhlt zu den Schmelzschweiszlig-verfahren und noch naumlher zugeordnet zuden Metall-LichtbogenschweiszligverfahrenISO 857-1 (Ausgabe 1998) erklaumlrt dieSchweiszligprozesse dieser Gruppe ausdem Englischen uumlbersetzt wie folgt

Metall-Lichtbogenschweiszligen Lichtbo-genschweiszligprozess unter Benutzung ei-ner verbrauchenden ElektrodeMetall-Lichtbogenschweiszligen ohne Gas-schutz Metall-Lichtbogenschweiszligprozessohne extern zugegebenes Schutzgas undManuelles Metall-LichtbogenschweiszligenVon Hand ausgefuumlhrtes Metall-Lichtbogenschweiszligen unter Benutzungeiner umhuumlllten ElektrodeIn Deutschland nennen wir das zuletztgenannte Verfahren Lichtbogenhand-schweiszligen oder kurz E-Hand-SchweiszligenEs ist dadurch gekennzeichnet daszlig derLichtbogen zwischen einer abschmelzen-den Elektrode und dem Schmelzbadbrennt (Bild 1)Es gibt keinen externen Schutz jeglicheSchutzwirkung vor der Atmosphaumlre gehtvon der Elektrode aus Die Elektrode istdabei Lichtbogentraumlger und Schweiszligzu-satz Die Umhuumlllung bildet Schlackeundoder Schutzgas welche ua denuumlbergehenden Tropfen und dasSchmelzbad vor dem Zutritt der atmo-sphaumlrischen Gase Sauerstoff Stickstoffund Wasserstoff schuumltzen

22 StromartZum Lichtbogenhandschweiszligen (E-Hand-Schweiszligen) kann im Prinzip sowohlGleichstrom als auch Wechselstrom ein-gesetzt werden jedoch lassen sich nichtalle Umhuumlllungstypen der Stabelektrodenan sinusfoumlrmigem Wechselstrom ver-

1 Werkstuumlck 5 umhuumlllte Elektrode2 Schweiszlignaht 6 Elektrodenhalter3 Schlacke 7 Schweiszligstromquelle4 Lichtbogen

Bild 1 Schema des manuellen Metall-Lichtbogenschweiszligens nach ISO857-1

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schweiszligen zB nicht die reinbasischenElektroden Beim Schweiszligen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode undder Pluspol ans Werkstuumlck angeschlos-sen Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweiszligen DasGleiche gilt fuumlr bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden Naumlheres dazu kannim Abschnitt 23 Elektrodentypen nach-gelesen werdenDie Elektrode ist das Werkzeug desSchweiszligers Er fuumlhrt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweiszligfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafuumlr unterschiedliche Strom-staumlrken erforderlich Da die Strombelast-barkeit der Elektroden abhaumlngig von ih-rem Durchmesser und ihrer Laumlnge be-grenzt ist sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Laumlngenlieferbar Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten AbmessungenMit zunehmendem Kernstabdurchmesserkoumlnnen houmlhere Schweiszligstroumlme ange-wendet werden

23 Elektrodentypen

Es gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhuumll-lungen Der Aufbau der Umhuumlllung be-stimmt den Abschmelzcharakter derElektrode ihre Schweiszligeigenschaftenund die Guumltewerte des SchweiszliggutesNach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweiszligen von unlegiertenStaumlhlen die in Tabelle 2 aufgefuumlhrtenUmhuumlllungstypenDabei muszlig unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen Dieverwendeten Buchstaben fuumlr die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose) A=acid (sauer) R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch) In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle Stabelektroden koumlnnen duumlnnum-huumlllt sein mitteldickumhuumlllt oder dickum-huumlllt Bei den Rutilelektroden die in allendrei Umhuumlllungsdicken uumlblich sind wer-den deshalb die dickumhuumlllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet

1 Schweiszligfuge 4 fluumlssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 fluumlssiges Schweiszliggut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweiszligfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Laumlngen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

Laumlng

e in

mm

Nen

nmaszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

162025

plusmn 006200bis350

plusmn 3

32405060

plusmn 010350bis450

plusmn 3

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhuumlllungstypen nach DIN EN 499

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Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

cke

(mm

)

Sch

wei

szligpo

sitio

n

Nah

tart

Ele

ktro

dent

yp

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

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PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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3 1002Art Nr WM022400

schweiszligen zB nicht die reinbasischenElektroden Beim Schweiszligen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode undder Pluspol ans Werkstuumlck angeschlos-sen Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweiszligen DasGleiche gilt fuumlr bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden Naumlheres dazu kannim Abschnitt 23 Elektrodentypen nach-gelesen werdenDie Elektrode ist das Werkzeug desSchweiszligers Er fuumlhrt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweiszligfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafuumlr unterschiedliche Strom-staumlrken erforderlich Da die Strombelast-barkeit der Elektroden abhaumlngig von ih-rem Durchmesser und ihrer Laumlnge be-grenzt ist sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Laumlngenlieferbar Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten AbmessungenMit zunehmendem Kernstabdurchmesserkoumlnnen houmlhere Schweiszligstroumlme ange-wendet werden

23 Elektrodentypen

Es gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhuumll-lungen Der Aufbau der Umhuumlllung be-stimmt den Abschmelzcharakter derElektrode ihre Schweiszligeigenschaftenund die Guumltewerte des SchweiszliggutesNach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweiszligen von unlegiertenStaumlhlen die in Tabelle 2 aufgefuumlhrtenUmhuumlllungstypenDabei muszlig unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen Dieverwendeten Buchstaben fuumlr die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose) A=acid (sauer) R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch) In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle Stabelektroden koumlnnen duumlnnum-huumlllt sein mitteldickumhuumlllt oder dickum-huumlllt Bei den Rutilelektroden die in allendrei Umhuumlllungsdicken uumlblich sind wer-den deshalb die dickumhuumlllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet

1 Schweiszligfuge 4 fluumlssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 fluumlssiges Schweiszliggut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweiszligfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Laumlngen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

Laumlng

e in

mm

Nen

nmaszlig

zulauml

ssig

eA

bwei

chun

g

162025

plusmn 006200bis350

plusmn 3

32405060

plusmn 010350bis450

plusmn 3

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhuumlllungstypen nach DIN EN 499

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Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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6 1002Art Nr WM022400

der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

cke

(mm

)

Sch

wei

szligpo

sitio

n

Nah

tart

Ele

ktro

dent

yp

Ele

ktro

dend

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esse

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Str

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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18 1002Art Nr WM022400

92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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4 1002Art Nr WM022400

Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-huumlllungstypen nicht vor Bei den Stabe-lektroden zum Schweiszligen nichtrostenderStaumlhle die in DIN EN 1600 genormt sindunterscheidet man zB nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen eben-so bei Stabelektroden zum Schweiszligenwarmfester Staumlhle (DIN EN 1599) jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen ohne das diesbesonders ausgewiesen wird Dies ist zB der Fall bei Elektroden die bessereSchweiszligeigenschaften in Zwangslagenhaben Stabelektroden zum Schweiszligenhochfester Staumlhle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhuumlllung

24 Eigenschaften der UmhuumlllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhuumlllung beeinfluszligt in besonderemMaszlige die Schweiszligeigenschaften Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilitaumlt desLichtbogens als auch auf den Werk-stoffuumlbergang beim Schweiszligen und dieViskositaumlt von Schlacke und SchmelzbadBesonders die Groumlszlige der im Lichtbogenuumlbergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung Bild 3 zeigt schematisch denTropfenuumlbergang der vier Grundtypenvon Umhuumlllungen [1]Der Zellulosetyp (Bild 3 c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffuumlber-

gang Die Umhuumlllung besteht uumlberwie-gend aus organischen Bestandteilen dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweiszligstellebilden Da die Umhuumlllung auszliger Zelluloseund anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthaumllt entsteht kaumSchlacke Zellulosetypen sind besondersgut fuumlr Fallnahtschweiszligungen (Bild 4Pos PG) geeignet weil kein Schlacken-vorlauf zu befuumlrchten istDer saure Typ (A) dessen Umhuumlllungzum groumlszligten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht bietet der Lichtbogen-atmosphaumlre groumlszligere Mengen Sauerstoffan Dieser wird auch vom Schweiszliggutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflaumlchenspannung Die Folgesind ein sehr feiner spruumlhregenartigerWerkstoffuumlbergang und ein duumlnnfluumlssigesSchweiszliggut Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht fuumlr das Schweiszligen inZwangslagen geeignet Der Lichtbogenist auch sehr bdquoheiszliggehendldquo gestattetzwar hohe Schweiszliggeschwindigkeitenneigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben Die beschriebenen Nachteile habendazu gefuumlhrt daszlig Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweiszligeigenschaf-ten

a)

b)

c)

d)

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffuumlbergang bei verschiede-nen Umhuumlllungstypen [1]

PA

PB

PG

PF

PE

PD

PC

Bild 4 Schweiszligpositionen nach ISO 6947

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Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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7 1002Art Nr WM022400

macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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8 1002Art Nr WM022400

Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

cke

(mm

)

Sch

wei

szligpo

sitio

n

Nah

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ktro

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m)

Str

omst

aumlrke

(A

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pere

)

Bem

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ng

4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

Wan

ddic

ke (

mm

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Sch

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Str

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Bem

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ng

125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

a-M

aszlig (

mm

)

Sch

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r (m

m)

Str

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aumlrke

(A

m-

pere

)

Bem

erku

ng

2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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5 1002Art Nr WM022400

Die Umhuumlllung des Rutiltyps (RRR) be-steht zum groumlszligten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

FeO) oder auch von kuumlnstli-chem Titandioxid Die Elektroden diesesTyps zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffuumlbergang einruhiges spritzerarmes Abschmelzen ei-ne sehr feine Nahtzeichnung eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzuumlndverhalten Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhuumlllungzu beobachten Es bedeutet daszlig bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzuumlnden ohne Ent-fernen des Huumlllenkraters moumlglich ist (Bild5) [2]Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfaumlhigkeit wie ein Halbleiter so-daszlig beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstuumlck soviel Strom flieszligt daszligder Lichtbogen zuumlnden kann ohne dasder Kernstab das Werkstuumlck beruumlhrt Einsolches spontanes Wiederzuumlnden ist im-mer dann wichtig wenn der Schweiszligvor-gang zB bei kurzen Naumlhten haumlufig un-terbrochen wirdNeben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde DaZellulose beim Schweiszligen verbrennt bil-

det sich weniger Schlacke Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos PG)verschweiszligt werden Er besitzt aber auchgute Schweiszligeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen Ein weitererMischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB) Erist etwas duumlnner umhuumlllt als der RR-TypDies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweiszligen in senkrecht- steigenderPosition (PF)Bliebe noch der basische Typ (B) Hierbeibesteht die Umhuumlllung zum groumlszligten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO) de-nen als Schlackenverduumlnner Fluszligspat(CaF2) zugegeben wird Der Fluszligspatverschlechtert in houmlheren Gehalten dieWechselstromschweiszligbarkeit Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-foumlrmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweiszligen jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Fluszligspat in der Umhuumll-lung die an dieser Stromart verwendbarsind Der Werkstoffuumlbergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zaumlhflieszligend DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweiszligbar Die entstehenden Raupensind aber wegen der groumlszligeren Viskositaumltdes Schweiszliggutes etwas uumlberwoumllbt undgrober gefiedert Das Schweiszliggut hatsehr gute Zaumlhigkeitseigenschaften Basi-sche Umhuumlllungen sind hygroskopischAuf besonders sorgfaumlltige trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten Feucht gewordene Elektrodenmuumlssen ruumlckgetrocknet werden DasSchweiszliggut besitzt aber wenn die Elek-troden trocken verschweiszligt werden einensehr niedrigen WasserstoffgehaltNeben Stabelektroden mit normalemAusbringen (105) gibt es auch solchedie durch Eisenpulver das uumlber die Um-huumlllung zugegeben wird ein houmlheresAusbringen haben meist gt160 SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt Durch ihre groszlige Abschmelzlei-stung sind sie fuumlr viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden jedoch ist ihre Anwendung in

a)

b)

c)

d)

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Huumlllenkraterb) Umhuumlllung d) Werkstuumlck

Bild 5 Wiederzuumlnden uumlber den Huumlllenkra-ter

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

Die EWM E-Hand-Fibel

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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der Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschraumlnkt

3 Welche Elektrode fuumlr welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmuumlssen werkstoffliche und schweiszligtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden

31 Auswahl nach schweiszligtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweiszligeigenschaften und wird deshalbauch fuumlr ganz bestimmte Schweiszligaufga-ben eingesetztDie Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweiszligen (Pos PG) zumSchweiszligen der Rundnaumlhte an Rohrengroumlszligerer Durchmesser Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines Bild 6Im Vergleich mit dem Schweiszligen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon fuumlr die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen Dies bringtwirtschaftliche VorteileDer besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht abloumlst Die Schlacke des RA-Typs ist in sich poroumls und zerfaumlllt unter

dem Schlackenhammer in kleine Stuumlck-chen die sich dann leicht entfernen las-senDie besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R RR) naumlmlich das guteWiederzuumlnden die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te Dies sind Heftarbeiten sowie dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten und Deckla-gen wo es auf eine vollstaumlndige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommtDer Rutil-Zellulose-Typ (RC) laumlszligt sich inallen Positionen einschlieszliglich Fallnahtverschweiszligen Er ist deshalb universelleinsetzbar besonders unter Montagebe-dingungen Vor allem die dickumhuumlllteVariante die auch hinsichtlich des Naht-aussehens houmlhere Anforderungen erfuumllltist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-ElektrodeDie rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich wegen ihrer etwas duumlnneren Um-huumlllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut fuumlr das Schweiszligenvon Wurzellagen und das Schweiszligen inPos PF Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessernDie basische Elektrode (B) eignet sich fuumlrdas Schweiszligen in allen Positionen Spe-zialtypen sind sogar fuumlr das Fallnaht-schweiszligen geeignet Allerdings faumlllt dasNahtaussehen etwas gegenuumlber anderenTypen ab Dafuumlr hat das Schweiszliggut aberbdquoinnere Werteldquo Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zaumlhigkeitseigenschaften und die be-ste Riszligsicherheit des Schweiszliggutes Siewerden deshalb dort eingesetzt woschwierige Verhaumlltnisse hinsichtlich derSchweiszligeignung der Grundwerkstoffevorliegen zB bei Staumlhlen mit einge-schraumlnkter Schweiszligeignung oder beigroszligen Wanddicken Ferner wenn einegroszlige Zaumlhigkeit in der Verbindung gefragtist zB bei Bauwerken die im spaumlterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind Der niedrige Wasserstoffgehalt

Bild 6 Schweiszligen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

Wan

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

a-M

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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macht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweiszligen hochfester Staumlhle

32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zaumlhigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs muumlssen inder Regel auch im Schweiszliggut erreichtwerden Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollstaumlndigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseuumlber die Mindestwerte von StreckgrenzeZugfestigkeit und Zaumlhigkeit des Schweiszlig-gutes und zu einigen Schweiszligeigen-schaften enthalten Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlichDie Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutetDie Stabelektrode zum E-Hand-Schweiszligen (E) hat eine Streckgrenze vonmind 460 Nmm2 eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 Nmm2 und eine Mindest-dehnung von 20 (46) Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30degC erreicht (3) DieElektrode ist basisch umhuumlllt (B) Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125 und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen auszliger Fallnaht zuverschweiszligen (2) Der Wasserstoffgehaltdes Schweiszliggutes liegt unter 5 ml 100 g Schweiszliggut (H5) Wenn das Schweiszlig-gut auszliger Mangan noch andere Legie-rungselemente enthaumllt dann werden die-se vor dem Kurzzeichen fuumlr den Umhuumll-lungstyp mit den Kurzzeichen fuumlr diechemischen Elemente und evtl mit Zah-len fuumlr den Prozentgehalt angegeben(zB 1Ni)Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweiszligen von Staumlhlen die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen wie beispielsweise hochfeste StaumlhleHier gibt das Kennzeichen fuumlr den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionenAumlhnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch fuumlr hochfeste Elektroden (DIN EN

757) warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie fuumlr nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600) Bei den warmfesten undnichtrostenden Elektroden muumlssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw Korrosionsei-genschaften der Schweiszligguumlter mit denender Grundwerkstoffe uumlbereinstimmenHierbei gilt deshalb die Regel daszlig dasSchweiszliggut moumlglichst artgleich oder et-was houmlherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte

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8 1002Art Nr WM022400

Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

Die EWM E-Hand-Fibel

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

Die EWM E-Hand-Fibel

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

Die EWM E-Hand-Fibel

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

Die EWM E-Hand-Fibel

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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8 1002Art Nr WM022400

Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer fuumlr die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweiszliggutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze Nmm2

ZugfestigkeitNmm2

Mindestbruchdeh-nung

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen fuumlr die Kerbschlagarbeit des Schweiszliggutes

Kennzeichen Temperatur fuumlr Mindestkerb-schlagarbeit 47J degC

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen fuumlr die Umhuumlllungstypen

Typ UmhuumlllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml 100 gSchweiszliggut max

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen fuumlr Wasserstoffgehalt des Schweiszliggutes

1 alle Positionen2 alle Positionen auszliger Fallnaht3 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA- und PB4 Stumpfnaht in Pos PA Kehlnaht in

Pos PA5 Positionen wie 3 plus Pos PG

Kennziffer Ausbringen Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2

le105Gleichstrom

3 Wechsel- und Gleichstrom4

gt105 le125Gleichstrom

5 Wechsel- und Gleichstrom6

gt125 le160Gleichstrom

7 Wechsel- und Gleichstrom8

gt160Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

Die EWM E-Hand-Fibel

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

a-M

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

8 PF

T

B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

Die EWM E-Hand-Fibel

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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4 Fugenvorbereitung41 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformendie fuumlr das E-Hand-Schweiszligen zur An-wendung kommenBeim I-Stoszlig muszlig im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Ruumlckseiteausgefugt werden Aumlhnliches empfiehltsich aus Gruumlnden der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweiszligen sind und beim beidseitigenSchweiszligen von X- und DY-Naumlhten im

oberen Dickenbereich Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden die Steghoumlhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstaumlrke U- und DU-Naumlhte kommen aus wirtschaftlichenGruumlnden vor allem bei groumlszligeren Wand-dicken zur Anwendung weil wegen deskleineren Oumlffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV- Y- X- und DY-NaumlhtenBei den Kehlnaumlhten sollte der Spalt zwi-schen den Fuumlgepartnern so gering wiemoumlglich gehalten werden damit keineSchlacke in diesen eindringen kann Diesgilt vor allem fuumlr T-Stoumlszlige Uumlberlappstoumlszligeund Kehlnaumlhte

42 Anbringen der FugenflankenDas Anschraumlgen der Fuumlgekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Staumlhlen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den Hochlegierte Staumlhle und die Metalledie lichtbogenhandgeschweiszligt werdenkoumlnnen mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhaumlute ist nicht unbedingterforderlich kann aber in Sonderfaumlllennotwendig werdenWenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden Dies gilt besondersfuumlr Rundnaumlhte Die modernen Moumlglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweiszligeneher die Ausnahme

Stoszligart Werkstuumlckdicke(mm)

Skizze

I-Nahteinseitig 3-8beidseitig lt8

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Nahteinseitig 5-40 mitGegenlage gt10

X-Naht beidseitig gt 10

U-Nahteinseitig gt 12mit Gegenlagegt12

V-Nahteinseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Eckstoszlig

einseitig gt2beidseitig gt 3

Kehlnaht-Uumlberlappstoszlig

einseitig gt2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig gt 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Elektrodenhalter

Stromquelle

Werkstuumlckklemme

WerkstuumlckLichtbogen

Stabelektrode(Kernstab +Umhuumlllung)= or ~

- (+)

+ (-)

Bild 8 Der Schweiszligstromkreis [2]

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

chdi

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

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RR50

255 -32 110 Wurzel

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweiszligstromkreisDie Elektrode ist uumlber den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweiszligleitung miteinem Pol der Stromquelle verbundenDer andere Pol wird uumlber die Werkstuumlck-leitung und die Werkstuumlckklemme mitdem Werkstuumlck verbundenJe nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstaumlrke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener GroumlszligenSie waren bisher in Deutschland in DIN8569 Teil 1 in 5 Groumlszligenstufen genormtIn Europa sind sie in DIN EN 60974 Teil11 zusammengefaszligtDer Querschnitt und die Laumlnge der Lei-tungen muumlssen so bemessen sein daszligder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht uumlberschreitet

Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 VoltBei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Laumlngen vonSchweiszligleitung und Werkstuumlckleitung zuaddieren Uumlbliche Leitungsquerschnittefuumlr das E-Hand-Schweiszligen sind je nachanzuwendender Stromstaumlrke 25 35 50und 70 mm2

6 SchweiszligstromquellenDie Schweiszligstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweiszligspannung um undliefert die zum Schweiszligen benoumltigten ho-hen Stromstaumlrken die das Netz nichthergibt Sie macht es ferner moumlglich denStrom zu stellen und zu regeln ZumSchweiszligen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werdenGleichstromquellen sind universeller ein-setzbar weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusfoumlrmigem Wechsel-strom verschweiszligen lassen ndash siehe auchAbschnitt Stromart Schweiszligstromquellenzum E-Hand-Schweiszligen haben eine fal-lende statische Kennlinie und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z Bbei der PICO 140 Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11)Damit ist sichergestellt daszlig bei den beimE-Hand-Schweiszligen unvermeidlichen

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweiszligstromquelle PICO 140

U [V]

I [A]

a)

100A 200A 300A

b)

a) kontinuierlich fallende Kennlinie

b) senkrecht fallende Kennlinie(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien fuumlr das E-Hand-Schweiszligen

Die EWM E-Hand-Fibel

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Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

Die EWM E-Hand-Fibel

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

Die EWM E-Hand-Fibel

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

Fe

+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

Die EWM E-Hand-Fibel

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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11 1002Art Nr WM022400

Laumlngenaumlnderungen des Lichtbogens derfuumlr die Guumlte der Schweiszligverbindungwichtigste Parameter die Stromstaumlrkenur unwesentlich oder gar nicht veraumlndertwird

61 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweiszligstrom stellt derSchweiszligtransformator dar Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstaumlrkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusfoumlrmigen Wechselstrom zumSchweiszligen Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2]Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAuszligenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes Das Einstellen unterschiedlicherStromstaumlrken ist durch Streukernverstel-lung primaumlrseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor moumlglichBeim Schweiszliggleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtetdh zum Schweiszligen steht Gleichstromzur Verfuumlgung Bei einfachen Schweiszlig-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen bei an-spruchsvolleren Geraumlten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes Letztere liefern einen sehrgleichmaumlszligigen Strom ohne groszlige Wellig-keit Die Gleichmaumlszligigkeit des Stromeswirkt sich besonders guumlnstig aus beimSchweiszligen mit basischen Elektroden undbeim Verschweiszligen von Metallegierun-gen wie beispielsweise Nickelbasislegie-

rungenDas Einstellen des Schweiszliggleichrichterserfolgt bei einfachen Geraumlten im Trafo ndashsiehe Einstellung des Schweiszligtransfor-mators Moderne Schweiszliggleichrichterwerden durch Thyristoren das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestelltMehr und mehr setzen sich elektronischeSchweiszligstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweiszligen in der Praxis durchBild 13Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3 Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHzDiese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stuumlcke bdquozer-hacktldquo Dieses Zerhacken ist notwendigdamit der Strom transformiert werdenEisenkern (Paket aus isolierten Einzelblechen)

Primaumlr-seite

Netz~

magnetischeKraftlinien

Sekundaumlr-seite

Schweiszlig-stromkreis~

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweiszligstromquelle STICK 350

Wechselrichter (Transistor)

Gleichrichter (Diode)

Gleichrichter (Diode)

Netz

Transformator Drossel

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3 Generation ndash Taktfrequenz bis zu100kHz

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

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Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

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PB

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255 -32 110 Wurzel

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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kann Der zerhackte Strom wird dannwechselseitig in einen Transformatorentladen Dadurch entsteht sekundaumlrsei-tig ein rechteckfoumlrmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglaumlttet Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse Dadurch ist es moumlglichSchweiszliggeraumlte herzustellen die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen Sie eignen sich deshalb beson-ders fuumlr den Einsatz auf Baustellen Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220ACDC der zum E-Hand-Schweiszligen biszu einer Stromstaumlrke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 179 kgwiegtBei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-aumlndert werden Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen fuumlr mehrereSchweiszligprozesse einsetzbar Beim E-Hand-Schweiszligen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik)Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstaumln-den Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird durch die Steuerung elektro-nisch geloumlst Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil Das Stellen des

Stromes geschieht zB bei getaktetenQuellen durch Veraumlndern des Verhaumlltnis-ses zwischen den Stromein-Stromauszeiten Auch die Veraumlnderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhoumlhe benutzt werden Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle moumlglich welchedie Schweiszligtechnik schon lange gefor-dert hatte Ein Kontrollgeraumlt miszligtSchweiszligstrom und Schweiszligspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten Aumlndern sich die eingestelltenSchweiszligparameter zB durch uner-wuumlnschte Widerstaumlnde im Schweiszlig-stromkreis dann regelt die Steuerungentsprechend nach Dies erfolgt sehrschnell im micros-Bereich Auf aumlhnliche Wei-se kann auch der Kurzschluszligstrom be-grenzt und der cosϕ verbessert werden[3] Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des TrafosModerne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusfoumlrmigen undrechteckfoumlrmigen Wechselstrom Elektro-den wie solche mit reinbasischer Um-huumlllung die sich an sinusfoumlrmigemWechselstrom nicht verschweiszligen las-sen koumlnnen an rechteckfoumlrmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den Dies kann erforderlich werden wennunguumlnstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen

62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweiszligenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionendie das Schweiszligen erleichtern und siche-rer machen [4] So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden Bild16Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen groszligen Tropfender sich an der Elektrode bildet zu kurzwird und unter 8 Volt abfaumlllt wird dieStromstaumlrke automatisch houmlher gestelltBild 17Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht Diese

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 ACDCfuumlr das WIG- und E-Hand-Schweiszligen

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Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

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Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

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B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

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175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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13 1002Art Nr WM022400

Funktion ist besonders wichtig beimSchweiszligen mit zelluloseumhuumlllten Elek-troden aber auch bei solchen mit basi-scher UmhuumlllungDie Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhaumlrte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos veraumlndert werdenEin haumlrterer Lichtbogen ist zB vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegenFuumlr ein sicheres Zuumlnden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwaumlrmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweiszligens sorgt die FunktionHeiszligstart (Hotstart) Das Zuumlnden erfolgthierbei mit erhoumlhter Stromstaumlrke Bild 18Der Antistick-Funktion verhindert einAusgluumlhen der Elektrode wenn der Zuumlnd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstuumlck bdquofestklebtldquo Die durch Wi-derstandserwaumlrmung verursachte Er-waumlrmung der Elektrode kann die Umhuumll-lung beschaumldigen bis hin zum Abplatzen

derselben Bei Stromquellen die mit derentsprechenden Funktion ausgestattetsind wird der Strom wenn nach demZuumlndkurzschluszlig der Spannungsanstiegausbleibt sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt Die Elektrode laumlszligt sich da-nach sehr leicht von der Zuumlndstelle ent-fernen

7 Durchfuumlhren des SchweiszligensDer Schweiszliger benoumltigt eine gute Ausbil-dung und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht sondern er muszlig auch uumlberentsprechendes fachkundiges Wissenverfuumlgen um Fehler zu vermeiden DieAusbildungsrichtlinien des DVS ndash Deut-scher Verband fuumlr Schweiszligen und ver-wandte Verfahren eV sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweiszligverband(IIW) uumlbernommen

Vor dem Beginn des Schweiszligens werdendie Werkstuumlcke in der Regel geheftet DieHeftstellen muumlssen so lang und dick aus-gefuumlhrt werden daszlig die Werkstuumlcke sichbeim Schweiszligen nicht unzulaumlssig starkzusammenziehen koumlnnen und die Heft-stellen nicht reiszligen

71 Zuumlnden des LichtbogensDer Schweiszligprozess wird beim E-Hand-Schweiszligen durch eine Kontaktzuumlndungeingeleitet Um den Stromkreis zu schlie-szligen muszlig zunaumlchst zwischen Elektrodeund Werkstuumlck ein Kurzschluszlig erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden ndash der Lichtbogenzuumlndet Der Zuumlndvorgang sollte nie au-

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

U [V]

U krit

R B C I [A]

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode B= basi-sche Elektrode C= Zelluloseelek-trode

I [A]

t

a)

b)

a) Hotstart-Strom

b) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion ldquoHotstartrdquo

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

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+

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

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B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

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Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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szligerhalb der Fuge erfolgen sonderngrundsaumltzlich an solchen Stellen dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden AnZuumlndstellen an denen dies nicht ge-schieht koumlnnen naumlmlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie ploumltzliche Erwaumlrmung Risse entste-henBei basischen Elektroden die zu Ansatz-porositaumlt neigen muszlig das Zuumlnden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiszlig-anfang erfolgen Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-ruumlckgefuumlhrt und im weiteren Verlauf desSchweiszligens werden die ersten abge-setzten Tropfen die meist poroumls sindwieder aufgeschmolzen

72 Fuumlhren der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflaumlchesenkrecht oder leicht schraumlg angestellt InSchweiszligrichtung wird sie leicht inSchweiszligrichtung geneigt Die sichtbareLichtbogenlaumlnge di der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstuumlckoberflauml-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen Basische Elektro-den muumlssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweiszligt werden (Abstand=05 xKernstabdurchmesser) Um dies zu ge-waumlhrleisten muumlssen sie steiler gefuumlhrtwerden als RutilelektrodenIn den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweiszligt oder es wird mitnach oben hin groumlszliger werdender Fugen-breite leicht gependelt Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen In der Re-gel wird schleppend geschweiszligt nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt

73 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlaumlngert wird und dabei ein zischendesGeraumlusch von sich gibt Durch diese Ab-lenkung koumlnnen Ungaumlnzen entstehen Sokann der Einbrand unzulaumlnglich werdenund bei schlackenfuumlhrenden Schweiszlig-prozessen koumlnnen durch Schlackenvor-

lauf in der Naht SchlackeneinschluumlsseentstehenDie Ablenkung erfolgt durch Kraumlfte dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-ruumlhren Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringfoumlrmigen Magnetfeldumgeben ndash Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Uumlbergang in denGrundwerkstoff umgelenkt Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Auszligen-seite erweitert ndashBild 19 (a) [2]Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Fluszligliniendichte aus Dabeiverlaumlngert er sich und gibt wegen der nunerhoumlhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geraumlusch von sich Der Ge-genpol uumlbt also eine abstoszligende Wirkungauf den Lichtbogen ausEine andere magnetische Kraft ruumlhrt da-her daszlig das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann als in Luft Der Lichtbogenwird deshalb von groszligen Eisenmassenangezogen ndashBild 19 (b) Dies zeigt sichzB auch dadurch daszlig er beim Schwei-szligen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wirdDer Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schraumlgstellungder Elektrode begegnen ndashBild 19 (c) Dadie Blaswirkung beim Schweiszligen mitGleichstrom besonders groszlig ist kannman sie wo dies moumlglich ist durch dasSchweiszligen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindernBesonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweiszligen von Wurzellagen wer-

a) b) c)

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Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder

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den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

60 450 220360 3560 x d

Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

Ble

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

V

B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass190 Mittellage

1050

175 Decklage130 Wurzel

40180 Hotpass200 Mittellage

12

PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

RR180 -

4RR160 ) 190 -40

180 Wurzel5 RR

240 DecklageRR160 )

50290 -

40 180 Wurzel240 Decklage

6

PB

RR50

255 -32 110 Wurzel

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B40 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

Die EWM E-Hand-Fibel

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15 1002Art Nr WM022400

den Hier hilft es wenn man den Magnet-fluszlig durch eng beieinander liegendenicht zu kurze Heftstellen unterstuumltzt

74 SchweiszligparameterBeim E-Hand-Schweiszligen wird nur dieStromstaumlrke eingestellt die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlaumlnge die der Schweiszliger einhaumllt Beider Einstellung der Stromstaumlrke muszlig dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers beruumlcksichtigtwerden Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fuumlrdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesserDabei gilt die Regel daszlig die unterenGrenzwerte fuumlr das Schweiszligen von Wur-zellagen und fuumlr die Position PF geltendie oberen dagegen fuumlr die uumlbrigen Posi-tionen und fuumlr Fuumlll- und Decklagen Mitzunehmender Stromstaumlrke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweiszligge-schwindigkeit Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu Die angegebe-nen Stromstaumlrken gelten nur fuumlr un- undniedriglegierte Staumlhle Bei hochlegiertenStaumlhlen und Nickelbasiswerkstoffen muumls-sen wegen des groumlszligeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werdenEinstellwerte fuumlr verschiedene Schweiszlig-aufgaben enthalten die Tabelle 5 Tabelle6 und Tabelle 7 [2] [5]

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweiszligen bestehen fuumlrden Schweiszliger Gefahren durch Raucheund Gase die aus der Umhuumlllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische GefaumlhrdungNach den derzeit geltenden Unfallverhuuml-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweiszligen an Dauerarbeitsplaumltzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweiszligen istunter gewissen Umstaumlnden eine freieLuumlftung oder eine technische Raumluumlf-tung zulaumlssigDurch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum bdquoVerblitzenldquo der Augen dh zueiner Augenentzuumlndung kommen DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-daumlhnlichen Erscheinungen fuumlhren DerSchweiszliger muszlig sich dagegen durchzweckmaumlszligige Arbeitskleidung und durchein Schweiszligerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schuumltzen Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 ndash fuumlr duumlnne

Durch-messer(d in mm)

Laumlnge(l in mm)

Stromstaumlrke(I in A)

Faustregelfuumlr Strom-staumlrke in A

20 250300 40 8025 350 50100

2040 x d

32 350400 9015040 350400 12020050 450 180270

3050 x d

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Tabelle 4 Stromstaumlrken in Abhaumlngigkeit vomElektrodendurchmesser

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4 25 75 -32 140 Wurzel

6RA

40 180 Decklage32 120 Wurzel

PA

B40 170 Decklage32 95 Wurzel

10PF RB

40 160 Decklage32 130 Wurzel

PA B40 170

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel15

PF B40 140 Decklage40 160 Wurzel

PA B50 220

Fuumlll- undDecklagen

32 90 Wurzel20

PF

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B40 140

Fuumlll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]

Die EWM E-Hand-Fibel

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16 1002Art Nr WM022400

Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage

8 40

130 Decklage130 Wurzel

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175 Decklage130 Wurzel

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PG V C

50175 Decklage

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2 PG RC 25 70 -3 32 130 -

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Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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18 1002Art Nr WM022400

92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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Elektroden und niedrige Stromstaumlrken bis14 ndash fuumlr dicke Elektroden und hoheStromstaumlrken einzusetzen Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schuumltzt vor Augenverletzungenbeim SchlackeklopfenElektrische Gefaumlhrdung tritt beim Licht-bogenschweiszligen hauptsaumlchlich durch dieLeerlaufspannung auf weil dies die

houmlchste Spannung ist die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt wenn nicht geschweiszligtwird Die beim Schweiszligen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-laumlnge etwa 20-30 Volt Die Houmlhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhuumltungsvorschriften limitiert Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht uumlberschreitenBesonders groszlig ist die elektrische Ge-faumlhrdung des Schweiszligers beim Schwei-szligen in engen und feuchten Raumlumen undauf und in groszligen Eisenmassen Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulaumlssig BeiWechselstrom ist die Houmlhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschraumlnkt Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht uumlber-schreiten Schweiszligstromquellen die die-se Forderung erfuumlllen sind besonders ge-kennzeichnet Neu hergestellte Geraumltetragen das Zeichen bdquoSldquo (safety) bei aumllte-ren findet man noch die KennzeichnungbdquoKldquo bei Gleichstromgeraumlten und bdquo42 Vldquo beiWechselstromquellenDer Schweiszliger muszlig sich aber auchselbst vor Beruumlhrung mit stromfuumlhrendenTeilen schuumltzen und zwar durch gut iso-lierende Kleidung Schuhe mit unbeschauml-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusaumltzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiedenenWerkstoffenDas E-Hand-Schweiszligen wird heutehauptsaumlchlich zum Schweiszligen von un-und niedriglegierten Staumlhlen also Bau-staumlhlen warmfesten hochfesten undkaltzaumlhen Staumlhlen eingesetzt sowie fuumlrnichtrostende Chrom-Nickel-Staumlhle undNickelbasislegierungen Ein weiteres An-

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Tabelle 6 Einstellwerte fuumlr Stumpfnaumlhte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte fuumlr Kehlnaumlhte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]

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wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

Die EWM E-Hand-Fibel

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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17 1002Art Nr WM022400

wendungsgebiet fuumlr Stabelektroden istdas AuftragsschweiszligenDas Schweiszligen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhuumlllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollstaumlndigvom Schutzgasschweiszligen abgeloumlst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt wenn zB auf Baustellen dasSchutzgasschweiszligen mal nicht moumlglichsein sollteIm Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmoumlglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen

91 Un- und niedriglegierte StaumlhleBei un- und niedriglegierten Staumlhlen wirddas E-Hand-Schweiszligen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren wenig schweiszligintensiven Be-trieben angewendet wo sich die An-schaffung groumlszligerer mechanisierterSchweiszliganlagen wirtschaftlich nichtrechnet Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen zB beim Schweiszligenim Freien eingesetzt wo das Schutzgas-schweiszligen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert Bild20In allen anderen Faumlllen muszlig das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenuumlber anderen mechanisiertenLichtbogenschweiszligverfahren Deshalbwerden wo dies moumlglich ist Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180 eingesetzt HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweiszliggeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders fuumlr dasSchweiszligen von Kehlnaumlhten mit a-Maszligenvon 3-5 mmIm Druckbehaumllter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Guumltewerte derSchweiszligverbindung noch einiger Beliebt-heit wobei die bessere Qualitaumlt der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwaumlgunggegenuumlber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibtHochfeste Staumlhle wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zaumlhlt wenn erin groumlszligeren Wanddicken vorliegt (gt20

mm) neigen zur Riszligbildung beimSchweiszligen wenn drei Faktoren zusam-men kommen naumlmlich ein hoher Was-serstoffgehalt hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkuumlhlung nach demSchweiszligen Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden wenn der Wasserstoffgehalt desSchweiszliggutes niedrig gehalten wird (lt5ml 100 g) Da beim E-Hand-Schweiszligenim Gegensatz zum SchutzgasschweiszligenWasserstoff vor allem aus der Umhuumlllungangeboten wird duumlrfen fuumlr solche Zwek-ke nur trockene basische Elektrodenverwendet werden Feucht gewordeneElektroden und solche bei denen auchnur der Verdacht besteht daszlig sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben koumlnntenmuumlssen vor dem Verschweiszligen ruumlckge-trocknet werden Als Anhalt fuumlr dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350degC und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweiszligstromquelle PICO 140 (46 kg 140 A) auf der Baustelle

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweiszligen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweiszligen vonnichtrostenden CrNi-Staumlhlen Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweiszligverfahrenwird beim E-Hand-Schweiszligen dieSchweiszlignaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphaumlre ge-schuumltzt Die Naumlhte oxidieren deshalb we-niger Die entstehenden Oxidhaumlute muumls-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Buumlrsten Schleifen Strahlen oderBeizen beseitigt werden weil sie die Kor-rosionsbestaumlndigkeit negativ beeinflus-sen Wegen der geringeren Oxidation derOberflaumlche ist weniger Aufwand zumSaumlubern der Naumlhte erforderlich Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen welche zB das MAG-Schweiszligen gegenuumlber dem E-Hand-Schweiszligen besitzt Manchmal wird beimSchweiszligen korrosionsbestaumlndiger Staumlhleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweiszligen dem MAG-SchweiszligenvorgezogenDa austenitische Staumlhle auch unter Ein-fluszlig von Wasserstoff nicht versproumldenund nicht zur Riszligbildung neigen kommenfuumlr diese Staumlhle hauptsaumlchlich Elektrodenmit Rutilumhuumlllung zum Einsatz die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen Dies gilt vor allem fuumlr Kehlnaumlhte undfuumlr Decklagen Hierfuumlr stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160 zur VerfuumlgungElektroden fuumlr hochkorrosionsbestaumlndigeStaumlhle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-huumlllung geliefert Dieser Umhuumlllungstypkann auch bei Duplexstaumlhlen notwendigwerden die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fuumlrWasserstoffversproumldung sindBeim Schweiszligen hochlegierter Werk-stoffe muumlssen Uumlberhitzungen vermiedenwerden weil dadurch die Zaumlhigkeit unddie Korrosionsbestaumlndigkeit derSchweiszligverbindung vermindert wird undHeiszligrisse auftreten koumlnnen Bei duumlnnen

Werkstuumlcken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkuumlhlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stuumlcke die Abkuumlhlung zu beschleunigen

93 AuftragsschweiszligenStabelektroden machen es moumlglichdurch Auflegieren uumlber die UmhuumlllungHartlegierungen aufzutragen die in Formvon Massivdraumlhten aus Gruumlnden derVerformbarkeit nicht herstellbar sind wiebeispielsweise hochchromhaltige Guszligei-senlegierungen Eine Alternative sind hierFuumllldraumlhte die uumlber den Kern legiert wer-den koumlnnen jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweiszligen eingesetzt

10 Anwendung des E-Hand-SchweiszligensDas E-Hand-Schweiszligen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 15 mm ein-gesetzt werden jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 20mm her weil sehr duumlnne Bleche jetztmeist WIG-geschweiszligt werden Damit er-houmlht sich die untere zu schweiszligendeWanddicke fuumlr das E-Hand-Schweiszligenauf 2 mmDer Anteil des E-Hand-Schweiszligens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIGMAG-Schweiszligensabgenommen Nach einer neueren Stati-stik betraumlgt der Anteil gemessen an allenLichtbogenschweiszligverfahren heute nochetwa 75 [6]Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau wo vornehmlich Kehlnaumlhte ge-schweiszligt werden und der Stahlbau woStabelektroden hauptsaumlchlich auf Bau-stellen eingesetzt werden Uumlber die Vor-teile des E-Hand-Schweiszligens im Kessel-Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweiszligungen

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens im Behaumllterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens beim Gelaumlnderbau

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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101 AnwendungsbeispieleStellvertretend fuumlr viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmoumlglichkeiten des E-Hand-Schweiszligens an zwei Beispielen aufge-zeigtBild 21 zeit eine Anwendung aus demBehaumllterbauAn einem durch maschinelles Schweiszligenhergestellten Behaumllter sind noch Anbau-teile anzuschweiszligen Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweiszligen an Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmaumlszligig Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexible

Schweiszligleitungen verzichtet werden weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stuumlck heran mitgenommen werden kannDas zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweiszligens imGelaumlnderbauViele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter Balkone oderGelaumlnder her die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden Hierbei kommen viele kurzeSchweiszlignaumlhte vor fuumlr die sich das E-Hand-Schweiszligen hervorragend eignet

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

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11 Schrifttum[1] Killing R Kompendium Schweiszlig-technik Band 1 ndash Verfahren derSchweiszligtechnik FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 1281 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1997[2] Killing R Handbuch der Lichtbogen-schweiszligverfahren Band 1 ndash Lichtbogen-schweiszligverfahren FachbuchreiheSchweiszligtechnik Band 76I DVS-VerlagDuumlsseldorf 1999[3] Killing R und H Lorenz Schweiszligge-raumlte fuumlr das Lichtnetz ndash Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H 32000 S 62-64[4] Susa F und R Killing Moderne Mul-tifunktionsanlagen ndash Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiszlig-technik 2002 S 158-164 DVS-VerlagDuumlsseldorf 2001[5] G Aichele Leistungskennwerte fuumlrSchweiszligen und Schneiden Fachbuchrei-he Schweiszligtechnik Band 72 DVS-VerlagDuumlsseldorf 1994[6] Killing R Metallschutzgasschweiszligenhat weiter zugenommen ndash Anwendungs-umfang der SchmelzschweiszligverfahrenPraktiker H 112001 S 435-436

12 ImpressumDie E-Hand-Fibel 2 Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen ndashrund ums SchweissenAlle Rechte vorbehaltenNachdruck auch auszugsweise verbo-ten Kein Teil dieser Broschuumlre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie Mikrofilmoder ein anderes Verfahren) reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet vervielfaumlltigt oderverbreitet werdencopy EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr-Guumlnter-Henle-Str 8D-56271 MuumlndersbachFon +49(0)2680181-121Fax +49(0)2680181-161mailtoinfoewmdehttpwwwewmdeSatzEWM HIGHTEC WELDING GmbH Muumln-dersbachDruckMuumlller Digitaldruck GmbH Montabaur

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- So klein kann so stark seinE-Hand- und WIG- Schweissgeraumlte 140A - 220ADie kompakte und einfach zu bedienende Loumlsung fuumlr den Werkstatt- und Baustelleneinsatz

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- Power-Welding fuumlr Profis Mehrverfahren-Schweissgeraumlte 160A - 500A (WIG E-Hand und MIGMAG)Egal ob Montage Werkstatt oder Produktion in Handwerk und Industrie optimale Leistung jederzeit und uumlberall

- Konsequent evolutionaumlre SchweisstechnikMehrverfahren-Schweissgeraumlte 300A - 500A (MIGMAG-Impuls und -Standard sowie WIG und E-Hand)Die volldigitale Geraumlteserie mit einfachster Bedienungselbst fuumlr die komplexesten Anwendungen

- Mobil - flexibel - leistungsstarkE-Hand-Schweissgeraumlte 250A - 350APortables E-Hand-Schweissen ist jetzt noch kompakter und noch leistungsfaumlhiger geworden Mit den exzellenten Schweisseigenschaften der Inverter Stick-Serie fuumlr mobile Montageeinsaumltze

- Immer houmlchste Schweissnahtqualitaumlt Plasma- und Microplasma-Schweiszliggeraumlte 20A - 450A

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Die von EWM bieten ideale Loumlsungen fuumlr houmlchste Schweissanspruumlche

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Aus der Dokumentationsreihe Wissen - rund ums Schweissen sind ua auch Fibeln fuumlr das WIG- und MIGMAG-Schweiszligverfahren erhaumlltlich

Poster (DINA1) ldquoVerfahren der Lichtbogen - Schweisstechnikrdquo

Prospekte der gesamten Produktpalette

Fachaufsaumltze ua zu den Themen MAG-Hochleistungs- Plasma-Aluminium- oderWIG-Impuls-Schweissen

Alle Informationen finden Sie auch im Internet unter wwwewmde

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EWM - Einfach mehr wennacutes ums Schweissen geht

• Die EWM E-Hand-Fibel
• Inhalt
• 1 Vorwort
• 2 Das Verfahren
• • 21 Allgemeines
  • 22 Stromart
  • 23 Elektrodentypen
  • 24 Eigenschaften der Umhuumlllungstypen
  • • 3 Welche Elektrode fuumlr welchen Zweck
    • • 31 Auswahl nach schweiszligtechnischen Gesichtspunkten
      • 32 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunkten
      • • 4 Fugenvorbereitung
        • • 41 Fugenformen
          • 42 Anbringen der Fugenflanken
          • • 5 Elektrodenhalter und Schweiszliglei-tungen
            • 6 Schweiszligstromquellen
            • • 61 Stromquellenbauarten
              • 62 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-Schweiszligen
              • • 7 Durchfuumlhren des Schweiszligens
                • • 71 Zuumlnden des Lichtbogens
                  • 72 Fuumlhren der Elektrode
                  • 73 Magnetische Blaswirkung
                  • 74 Schweiszligparameter
                  • • 8 Arbeitssicherheit
                    • 9 Besonderheiten beim Einsatz des Verfahrens an verschiedenen Werkstoffen
                    • • 91 Un- und niedriglegierte Staumlhle
                      • 92 Hochlegierte Staumlhle und Nickelbasis-legierungen
                      • 93 Auftragsschweiszligen
                      • • 10 Anwendung des E-Hand-Schweiszligens
                        • • 101 Anwendungsbeispiele
                          • • 11 Schrifttum
                            • 12 Impressum