Praktische Regeln für den Elektroschweißer: Anleitungen und Winke aus der Praxis für die Praxis

69 Pages·1958·4.832 MB·German

by  Ing. Rudolf Hesse (auth.)

WERKSTATTBUCHER
FUR BETRIEBSFACHLEUTE, KONSTRUKTEURE UND STUDIERENDE
HERAUSGEBER DR.-ING. H. HAAKE, HAMBURG
=================== ===================
HEFTn
Praktische Regeln
fur den Elektroschweilier
Anleitungen und Winke
aus der Praxis fiir die Praxis
Von
lug. Rudolf Hesse t
Wien
Vie r t e verbesserte Auflage
(19. bis 24. Tansend)
Mit 137 Abbildungen
Springer -Verlag
Berlin / Gottingen;' Heidelberg
1958
ISBN-13: 978-3-540-02350-0 e-ISBN-13: 978-3-642-99865-2
DOl: 10.1007/978-3-642-99865-2
Inhaltsverzeichnis
Seite
Vorwort 3
I. Grundlagen des LichtbogenschweiBens ............................... . 3
A. Die LichtbogenschweiBverfahren •...•..................................... 3
1. SchweiBverfahren mit offenem Lichtbogen und unter Schuv~gas S. 3. - 2. SchweiBen mit Ver
decktem Lichtbogen S. 6.
B. SchweiBanlage - SchweiBplatz ..........•................................ 6
3. Strom - Spannung - KurzschluB S. 6. - 4. Gleichstrom S. 7. - 5. Wechselstrom S. 8. -
6. Allgemeine Regeln fur die SchweiBanlage S. 8. - 7. Die SchweiBplatzausrlistung S. 9. -
8. Schutzvorrichtungen fUr den SchweiBer S.10.
C. Das Arbeiten mit dem elektrischen Strom 11
9. Bestimmung der Polaritat S. 11. - 10. Ziindspannung - SchweiBspaunung - Lichtbogen
S. 12. - 11. Stromstarke - Einbrand S. 12. - 12. Dehnung - Schrumpfung - Scbrumpfspan
nung S. 14. - 13. Blaswirkung des Lichtbogens S. 17.
D. Schweillverbindungen ...•..............•..•............................. 18
14. Begriffe und Bezeichnungen S. 18. - 15. Die SchweiBposition S. 18. - 16. Stumpfnahte
S.19. - 17. Kehlnahte S.19. - 18. Aus der Praxis S.19.
E. Schweillelektroden allgemein und zum StahlschweiBen ..................... . 21
19. Kohleelektroden S. 21. - 20. Wolframelektroden S. 21. - 21. Elektroden fiIr unlegierte und
niedrig legierte Stiihle S. 21. - 22. Elektroden fur hOher legierte Stlihle S. 23.
II. Anwendungen des LichtbogenschweiBens ....................•......... 24
A. Ziinden, Halten und Fiihren der Elektrode ................................ . 24
23. AuftragschweiBen S.24. - 24. Stumpfnaht S.26. - 25. Kehlnaht S.27. - 26. Senkrecht
schweiBen S. 29. - 27. tJberkopfschweiBen S.29. - 28. MehrlagenschweiBung einer Stumpfnaht
in waagerechter Lage S. 30. -29. KehlnahtschweiBung eines T-StoBes S. 30. - 30. Schwei13en von
Stumpf-und Kehlniihten in senkrechter Lage S. 30. - 31. tJberkopfschwei13en von Stumpf- und
Kehlniihten S. 31.
B. Schweillen von Stahl und StahlguB .................................. _. . . . 31
32. tJbersicht iiber die Eisensorten S. 32. - 33. Die Vorbereitung der zu schweiBenden Teile S. 32. -
34. Die Ausfuhrung des Stahlschwei13ens S. 33. - 35. Schwei13ungen in waagerechter Lage S. 34. -
36. SenkrechtschweiBungen S. 36. - 37. tJberlappsto13 S. 37. - 38. Verschiedenes S. 37. - 39. Stahl
gu13schwei13en S. 38.
C. Auftragschweillen ....................................................... 38
40. Bearbeitbare AuftragschweiBungen. S. 38. - 41. VerschleiBfeste Auftragschwei13ungen S. 39. ~
42. SchweiBverfahren S. 39 - 43. Elektroden fUr AuftragschweiBen S. 39.
D. SchweiBen von GrauguB ................................................ 40
44. Der Werkstoff GrauguB S. 40. - 45. Das WarmschweiBen von GrauguB S. 41. - 46. Das Halb
warmschwelBen von GrauguB S.41. - 47. Das KaltschweiBen von GrauguB S.42.
E. Diinnblechschweillen ............................. __ ....... _. . . . . . . . . . . . . 46
48. SchweiBen mit SchweiBkohle und Blasmagnet S. 46. - 49. SchweiBen im Kraftfahrzeug-und
Behiilterbau S.47.
F. Das elektrische Schneiden ............................................... 47
50. Grundsatzliches S. 47. - 51. Das Lichtbogen-Sauer8toff-Schneidverfahren S. 48. - 52. Neuere
EntwickIungen S. 48.
G. Schweillen von Kupfer und Kupferlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
53. Das Kupfer S. 49. - 54.lIiessing und Sondermessing S. 51. - 55. Aluminiumbronzen S. 51.-
56. Die iibrigen Kupferlegierungen S. 52.
H. SchweiBen der Leichtmetalle ..... _. .•..... _. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
57. Die Arten der Leichtmetalle S. 54. - 58. Zusatzdrahte zum SchweiBen der Leichtmetalle
S. 55. - 59. Die Oxydhaut der J.eichtmetalle S. 55. - 60. Die SchweiBverfahren fur das Leicht
metallschweiBen S. 56.
III. Fehler, die der SchweiBer vermeiden solI ............. _................ 59
IV. Schrifttum .............................................................. 65
Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder
Teile daraus auf photomechanischem Werre IPhotokopie) zu vervielfaltigen.
3
Vorwort
RUDOLF HESSE, derVerfasser der ersten drei, 1939, 1943 und 1949 erschienenen
Auflagen dieses Buches, ist am 25. 7. 1956 gestorben. Ffir die vierte Auflage hatte
er schon manches vorgearbeitet, hinterlieB aber nur den Entwurf fiir das Manuskript.
Deshalb iibernahm der Herausgeber die Aufgabe, die noch bestehenden Liicken zu
schlieBen und alles griindlich zu iiberarbeiten, zumal die neuere Entwicklung des
LichtbogenschweiBens Erganzungen und Verbesserungen notwendig machte. So
wurden das SchutzgasschweiBen und die neuen DIN-Normen iiber Bezeichnungen
und Sinnbilder fUr die SchweiBnahte und iiber SchweiBelektroden, ferner das
SchweiBen der NichteisenmetaIle und das elektrische Schneiden sowie die aus dem
Leserkreise stammenden Anregungen und sonstige Erfahrungen beriicksichtigt.
Herrn E. KRAEMER, Hamburg, dankt der Herausgeber fiir verschiedene Ver
besserungsvorschHige und seine freundliche Hilfe bei Durchsicht der Korrektur.
Das Buch wendet sich, wie in den friiheren Auflagen, in erster Linie an aIle jene,
die das SchweiBen mit dem elektrischen Lichtbogen erlernen wollen. DafUr soll es
die wichtigsten grundlegenden Kenntnisse und Erfahrungen in allgemeinverstand
licher Form vermitteln, zur Festigung und Vertiefung des Wissens, das sich der
ElektroschweiBer in Grundkursen und Fortgeschrittenen-Kursen unter Anleitung
erfahrener LehrschweiBer aneignet. Vielleicht kann dieses Biichlein auch in der
Hand des LehrschweiBers Nutzen bringen oder auch dem Studierenden und dem
Betriebsmann Anregungen geben.
Sein Stoff ist auf die Praxis des Lichtbogen-HandschweiBens beschrankt.
Einrichtungen ffir die Stromerzeugung, fiir das automatische SchweiBen, das
elektrische WiderstandsschweiBen usw. werden in anderen Werkstattbiichern be
handelt, die im Schrifttum am SchluB des Buches angegeben sind.
I. Grundlagen des LichtbogenschweiBens
A. Die LichtbogenschweiBverfahren
Das LichtbogenschweiBen ist ein SchmelzschweiBen, d. h. im Gegensatz zum
Laten und zum PreBschweiBen werden die zu verbindenden Werkstoffkanten
fliissig und bilden zusammen mit dem Zusatzwerkstoff ein Schmelzbad, das dann
zur SchweiBnaht erstarrt. Als Warmequelle dient beim LichtbogenschweiBen der
elektrische Lichtbogen mit seiner Tem
peratur zwischen 3500 und 4000° C. +
Diese Temperatur liegt wesentlich haher
als die der Azetylen -Sauerstoff- Flamme.
2
Der SchweiBvorgang spielt sich daher 3 2
schneller ab und es flieBt wenigerWarme
in das Werkstiick, so daB dieses gerin
gere Warmedehnungen und Verformun
gen erleidet (s. Abschn. 12).
1. Die Schwei8verfahren mit offenem
Lichthogen und unter Schutzgas gehen
Abb.l. BENARDos-Verfah Abb.2. SLAVIANoFF-Verfah
zuriick auf das Kohlelichtbogenver reno 1 = Schweilldynamo, reno 1 = Schweilldynamo,
fahren von BENARDOS -OLCZEWSKI 2 = Kohleelektrode, 3 = 2 ~ abschmelzende Metall
Zusatzstab, 4 = Werkstiick elektrode, 3 = Werkstiick
(1887, Abb.l) unddas Verfahren mit ab
schmelzender Metallelektrode von SLAVIANOFF (1890, Abb. 2). An Stelle desKohle
lich~bogens wird als Warmequelle auch ein Lichtbogen verwendet, der zwischen zwei
1*
4 Grundlagen des Lichtbogenschwei13ens
Wolframelektroden (ZERENER, 1889) oder zwischen einer Wol£ramelektrode und dem
Werkstuck gebildet wird. Wolframelektroden (Abschn. 20) erfordern Zufiihrung
Von Schutzgas zur SchweiBstelle. Das Verfahren von SLAVIANOFFist vervollkommnet
worden durch die Entwicklung der umhullten Elektroden, auBerdem durch das
SchutzgasschweiBen mit abschmelzender Elektrode. .
Was ist Schutzgas? Viele Metalle nehmen irn fliissigen Zustande aus der Luft Sauerstoff und
Stickstoff auf. Mit dem Sauerstoff bildet sich das Metalloxyd (z. B. nUt Eisen, Kupfer, Leicht
metall), das die guten Eigenschaften des Metalles herabsetzt, wahrend Stickstoff z. B. bei Stahl
eine VersprOdung hervorruft. Deshalb mu13 die Luft von der fliissigen SchweiBe ferngehalten
werden. Das geschieht beim Schwei13en nUt umhUlUen Elektroden durch die Schlacke und Gase,
die aus der Umhiillung entstehen. Die Schlacke hiillt die abschmelzenden Metalltropfchen ein
und bedeckt die Schwei13e; die Gase schiitzen die ganze SchweiBstelle vor dem Luftzutritt und
erfiillen noch eine weitere Aufgabe: sie werden durch den Lichtbogen ionisiert, so da13 der Raum
zwischen Elektrode und Werkstiick vom Lichtbogen leichter iiberbriickt werden kann. Der
Lichtbogen steht besser, er wird "stabilisiert", ist leichter zu halten. Dadurch wird es auch
moglich, mit Wechselstrom zu schwei13en. Diese schiitzende und ionisierende Wirkung uber
nimmt beim Schutzgasschwei13en das Schutzgas; man schweiBt hier mit nackten Elektroden.
Als Schutzgase benutzte man zuerst brennbare Gase (Methanol, Wasserstoff), die eine redu
zierende, d. h. Sauerstoff entziehende Wirkung auf die Metalloxyde haben. Das mit Wasser
stoff arbeitende "Arcatomverfahren" nach LANGMUIR (USA, 1925), das einen Lichtbogen
zwischen zwei Wolframelektroden als Warmequelle verwendet und infolge atomarer Umwand
lungen des Wasserstoffs eine Temperatur von 40000 C erzeugt, wurde von der AEG erfolg
versprechend entwickelt, hat sich aber doch nicht in dem erhofften Ma13e einfiihren konnen.
Auch eine Vereinigung von Lichtbogen und Gasflamme (Arcogenverfahren, 1930) brachte
nicht den gewiinschten Erfolg. Dieser ergab sich erst bei Verwendung der "inerten", d. h.
tragen, untatigen, also neutralen Edelgase Helium und Argon (1940 in USA). In USA werden
beide Gase, in Europa nur Argon verwendet. Es wird aus der Luft gewonnen, in der es mit
0,92% vorkommt, und in Stahlflaschen unter 150 bis 200 atii geliefert. Zum Gebrauch wird
auf ungefahr 1,4 atu entspannt.
Der W oljramlichtbogen wird durch reines Argon geschiitzt. Es wird berichtet, da13 Kupfer,
BIei, Zink und Zinn auch unter Stickstojj mit dem Wolframlichtbogen geschweiBt werden
Mnnen [2]1.
Beirn SchweiBen unlegierter Stahle mit abschmelzender Elektrode wird dem Argon rd. 3 %
Sauerstoff zugesetzt. Dadurch wird eine Art Spriihwirkung und ein feintropfiger Material
iibergang, gutes Flie13vermogen und Ausgasen der SchweiBe erzielt. Bei rostfreien Stahlen setzt
man dem Argon nur 1 % Sauerstoff, dazu etwas Wasserstoff zu. Man bezieht die Schutzgase
unter Angabe des Verwendungszweckes fertig zum Gebrauch.
Beim Schwei13en von Stahl mit abschmelzender Elektrode kann man auch die billige Kohlen
saure (C02) statt Argon als Schutzgas verwenden [3], weil CO2 gegeniiber der StahlschweiBe
neutral bleibt. Nur aus dem Elektrodenwerkstoff brennt der aus dem CO sich abspaltendc
2
Sauerstoff emen Teil des Gehaltes an Kohlenstoff, Mangan und Silizium heraus, etwas mehr
als der dem Argon zum Stahlschwei13en zugesetzte Sauerstoff. Die Elektroden miissen daher
zum Amgleich dieser Verluste besonders zusammengesetzt sein.
Man kann heute fUr das Lichtbogen-Ha ndschweif3en vier Verfahren unterscheiden2 :
a) Das Kohlelichtbogenschweif3en in der ursprunglichen Form von BENARDOS oder
mit zwei schragstehenden Kohleelektroden an Wechselstrom. Dabei strahlt der
Lichtbogen seine Warme auf die SchweiBnaht und man schweiBt ahnlich wie mit
der Gasflamme, beim BordelschweiBen und bei dunnen Blechen ohne, sonst mit
besonderem Zusatzdraht. Zum VerbindungsschweiBen dunner Bleche, ferner fur
legierte Stahle und Leichtmetalle hat sich der Kohlelichtbogen mit Blasmagnet
(Abschn.48) bewahrt., wird aber durch die Verfahren c) und d) verdrangt.
b) Das Lichtbogenschweif3en mit abschmelzender nackter oder umhiillter Elektrode,
kurz "Elektrodenschweif3en"; es ist fUr den ElektroschweiBer das wichtigste Ver
fahren, als Grundlage des LichtbogenschweiBens uberhaupt. tber den Zweck der
1 Die Zahlen in eckiger Klammer verweisen auf das Schrifttum S. 65.
2 Vg l. DIN 1910 Bl. 2: SchweiBverfahren fiir Metalle. - Die Einteilung ist dort systematisch.
Fiir dieses Buch erscheint die Einteilung unter a) bis d) mit den verwendeten praktisch iib
lichen Bezeichnungen zweckmii13ig. Das "atomare LichtbogenschweiJ3en" (s. o. "Arcatomver
fahren") wird hier nicht weiter behandelt (vgl. Abschn. 42).
Die LichtbogenschweiBverfahren 5
Elektrodenumhilliung wurde schon oben unter ".schutzgas" gesprochen. Weitere
Angaben s. Abschn. 21, 22 und bei den Anwendungen des LichtbogenschweiBens.
c) Das WolframlichtbogenschweifJen unter Argon (ArgonarcschweifJen1 oder Wolf
ram-Inert-(WI-)SchweifJen). Der Elektrodenhalter, der auch die Schlauchan
schliisse und die Argondiise enthalt, ist als SchweiBpistole ausgebildet (Abb.3a
und b). Die Wolframelektrode wird mit Wasser, bei manchen Geraten auch mit
Luft gekiihlt. Man kann mit und ohne Zusatzdraht schweiBen und ganz ahnlich
wie beim GasschmelzschweiBen den Zusatzdraht mit der linken Hand zufiihren.
Wegen der hohen Abschmelzleistung wird der Draht meist maschinell von einem
mit verstellbarer Geschwindigkeit ar
beitenden Vorschubapparat zugefiihrt.
Samtliche Stahle, GrauguB, Auft rag
legierungen und Kupfer werden mit
Gleichstrom, Wolframelektrode am
Minuspol, geschweiBt. Bei den Leicht
metallen ware der AnschluB am Pluspol
giinstig, weil dann der Lichtbogen die
Oxydhaut (Abschn. 59) durchschlagen
wiirde, abel' dabei wird die Elektrode zu
heiB (vgl. Abschn.19), sie miiBte dicker
sein und starker gekiihlt werden. Des
halb verwendet man diese Schaltung nur Abb.3. SchutzgasschweiBverfahren. a ~ WI·Bordel·
schweiBen, b ~ WI·Schweillen mit selbsttatigem Zusatz
fUr Magnesiumlegierungen bis 1,5 mm drahtvorschub, c ~ MJ·Schweillen mit selbsttatigem
Zusatzdrahtvorschub, d ~ WI-Punktschweillen nebst
Dicke und schweiBt die iibrigen Leicht Schnitt, 1 und 2 = Zusatzdraht, yon besonderem Yor.
metalle sowie Messing und Bronze schubgenit zugefuhrt. Nach O. GENGENBACll
Anmerkung: Beim WI·SchweiBen mit der Schweif.l·
unter Zuschaltung eines HF-Gerates pistole a kaun auch ein Zusatzdraht yon Hand zu·
gefuhrt werden
(Abschn.5) mit Wechselstrom.
Eine besondere Anwendung findet del' Wolfrarnlichtbogen zum Punktschweif3en (Abb. 3d).
Dabei wird die besonders gestaltete Diise del' Pistole auf das Deckblech aufgesetzt. So k6nnen
Bleche aus Kupfer oder Nickel bis 1,2 mm, Messing bis 1,5 mm, Tiefziehblech bis 2 mm und
l'ostfreie Stahle bis 2,5 mm, unter Umstanden auch Leichtmetalle verbunden werden.
d) Das LichtbogenschweifJen mit abschmelzender Elektrode unter Schutzgas (Sigma
schweifJen2 oder M etall-Inert-(M I -) SchweifJen, seit 1948 bekannt, und CO2-Elektroden
schweifJen). Die SchweiBpistole fiihrt das Schutzgas und den SchweiBdraht
zu (Abb.3c). Del' Draht hat auch beim HandschweiBen stets maschinellen
Vorschub. Dieser wird eingestellt, er setzt dann sofort nach Ziinden des Licht
bogens ein und bleibt gleich. Die Stromdichte im SchweiBdraht ist das 6- bis
12fache gegeniiber dem ElektrodenschweiBen, die Abschmelzmenge und die VOl'
schubgeschwindigkeit sehr hoch. Die Pistole hat oft Wasserkiihlung, damit die
Spritzer nicht daran haften. Die Stromquelle (Umformer oder Gleichrichter, Ab
schn. 4) muB eine waagerechte oder etwas steigende Kennlinie haben, da mit gleich
bleibender Spannung geschweiBt wird. Die Stromstarke und Abschmelzgeschwindig
keit richten sich nach del' Lichtbogenlange, die der SchweiBer hiilt. Bei vollautomati
schen Geraten wird del' Drahtvorschub in Abhangigkeit von der Lichtbogenspan
nung, die i?ich mit del' Lichtbogenlange andert, mit Hilfe von R6hrenverstarkern
gesteuert [4]. Zur Erhohung del' Leistung wird in manchen Fallen ein zweiter
Draht zygefiihrt, der unter der strahlenden Warme des Lichtbogens zusatzlich
abschmilzt.
SchweiBbar sind mit dem Metall-Inert-Verfahren dieselben Werkstoffe wie mit dem
Wolfram-Inert-Verfahren. Dabei gilt die Regel, daB das WI-SchweiBen vorzugsweise
1 arc ist englisch und stammt vom lat. arcus = Bogen.
2 Abkiirzung von Shieldet-lnert.Gas·Metal-Arc (shieldet = geschiitzt).
6 Grundlagen des LichtbogenschweiBens
fiir die kleineren Blechdicken bis etwa 4 oder 6 mm, das MI-SchweiBen fiir die
Blechdicken von etwa 3 mm an aufwarts verwendet wird.
Die SchutzgasschweiBverfahren haben den Vorteil, daB stets nackte Elektroden
verschweiBt werden konnen und auch bei den Nichteisenmetallen, mit alleiniger
Ausnahme von Kupfer iiber 5 mm Dicke, FluBmittel entbehrlich sind. Dazu
kommen die auBerordentlich hohen SchweiBleistungen.
Anmerkung: Seiner Bedeutung wegen sei noch ein autornatisches Verfahren mit offenem
Lichtbogen erwahnt, das in England entwickelte "Fusarc.SchweifJen" mit Netzmanteleleldrode
(eng!. Mesh Wound Continuous Elektrode). Bei Automaten zum VerschweiBen umhiillter Elek
troden ist der Elektrodenwechsel schwierig [5]. Die Umhiillungsmasse der Netzmantelelektrode
ist in ein Drahtnetz eingebettet, das einerseits metallische Beriihrung mit dem Kerndraht hat,
andererseits auch metallisch an die Oberflache tritt, so daB der Strom durch das Drahtnetz
hindurch dicht an der SchweiBstelle, wie bei einem nackten Draht, zugefiihrt werden kann.
Dieser NetzmantelschweiBdraht laBt sich biegen und in groBeren Langen aufhaspeln, ohne daB
die durch das Drahtnetz gehaltene Umhiillungsmasse abbrockelt [6].
2. Das Schwei8cn mit vcrdccktem Lichtbogcn erfolgt nur autornatisch:
a) Beim ELIN·lliFERGUT.Verfahren (UnterschienenschweifJen = US-SchweiBen) wird ein
dick umhiillter SchweiBdraht von der Lange der SchweiBnaht mit einem Ende an die eine, das
Werkstiick an die andere Stromklemme angeschlossen, der SchweiBdraht in die SchweiBfuge
gelegt, mit einer passenden Kupferschiene abgedeckt und dann am freien Ende durch Beriihren
von SchweiBdraht und Werkstiick mit einem Kohlenstab oder ahnlich geziindet. Die Elektrode
brennt nun bei vollig abgedecktem Lichtbogen iiber die ganze Liinge abo So kOnnen Stumpf.,
tlberlapp- und Kehlnahte bis zu 12 m Lange mit aneinandergelegten Elektroden von je 2 m
Einzellange auf einmal geschweiBt werden [5].
b) Das UnterpulverschweifJen1 (UP.SchweiBen), ist in den USA seit 1930 bekannt [5]. Langs
der SchweiBnaht fahrt ein SchweiBkopf, durch den der nackte SchweiBdraht selbsttatig zu
gefiihrt und SchweiBpulver aus einem Behalter auf die SchweiBstelle geleitet wird, so daB sie
vollig bedeckt und der Lichtbogen unsichtbar wird. Die Hauptmenge des SchweiBpulvers
schmilzt zu einer diinnfliiSsigen Schlacke, die iiber der SchweiBraupe liegt und diese nach dem
Erstarren vor schneller Abkiihlung schiitzt. Die Schlacke ist nachher leicht abzuheben, das
nicht geschmolzene SchweiBpulver kann wieder verwendet werden. So schweiBt man Z. B.
Langsnahte an Rohren von 2 mm Wandstarke an, ferner Stahlbehalter, Kesseltrommeln,
Stahlbau-, Maschinenbau- und Schiffbauteile, so weit sie in Werkstatten oder doch unter
Windschutz, weil der Wind das Pulver verwehen wiirde, geschweiBt werden konnen.
Schwerer zugangliche Stellen schweiBt man mit einem Gerat, bei dem der SchweiBdraht in
einem riisselartigen Rohr von Hand gefiihrt und das SchweiBpulver von Hand oder aus einem
Behalter zugeleitet wird. Damit kann sogar senkrecht geschweiBt werden [7].
B. SchweiBanlage - SchweiBplatz
Zum SchweiBen muB der aus einem allgemeinen Stromnetz zu entnehmende Strom
(meistens Drehstrom) in den geeigneten SchweiBstrom umgewandelt werden. In der
Regel sind die SchweiBanlagen sehr ungleichformig belastet und ergeben, zumal bei
Verwendung von SchweiBtrafos, einen ungiinstigen Leistungsfaktor. Dieser kann
durch Einbau von Kondensatoren in hohem MaBe ausgeglichen werden. - Zunachst
seien einige wichtige Begriffe erlautert.
3. Strom - Spannung - Kurzschlu8. Die Begriffe Strom und Spannung kann man am ein·
fachsten mit der flieBenden Wassermenge und dem Druckunterschied am Anfang und Ende
in einem Wasserrohr vergleichen. Je groBer der Druckunterschied, desto groBer bei gleich
bleibendem Rohr die durchflieBende Wassermenge. Je enger nun aber das Rohr, um,so groBeren
Widerstand findet das flieBende Wasser und um so weniger flieBt durch. Durch Erhohung des
Druckes kann man die durchflieBende Wassermenge vergroBern.
Den Begriff W iderstand hat man in gleicher Weise auch beim elektrischen Strom. Je diinner
oder langer der Leitungsdraht, um so groBer ist der elektrische Leitungswider:;tand, der auBer
dem noch bei verschiedenen Metallen verschieden ist. So z. B. leitet Kupfer besser als Alu·
minium, dieses wieder besser als Eisen; einer Kupferleitung mit einem Querschnitt von 35 mm2
wiirde bei gleicher Lange eine Leitung aus Aluminium mit rd. 57 mm2 und aus Eisen mit
rd. 200 mm2 entsprechen.
SchweiBanlage - SchweiBplatz 7
Bei gleichem Widerstand wird die Stromstarke gr6Ber, wenn die Spannung gr6Ber wird;
sie wird kleiner, wenn bei gleicher Spannung der Widerstand zunimmt, und umgekehrt. Diesen
Zusammenhang zwischen Stromstarke, Spannung und Widerstand faBt das Ohmsche Gesetz zu
folgendem' Ausdruck zusammen: "Stromstarke gleich Spannung durch Widerstand" oder
"Spannung gleich Stromstarke mal Widerstand". Die Stromstarke wird gemessen in Ampere
(abgekiirzt A), die Spannung in Volt (V) und der Widerstand in Ohm (Q = griech. 0).
Man bezeichnet den nur in einer Richtung, namlich yom positiven zum negativen Pol flieBen
den Strom als Gleichstrom, den dauernd seine Richtung wechselnden Strom als Wechselstrom,
zumeist 50 Perioden, das sind volle, also doppelte Wechsel in der Sekunde (s. Abschn. 5c).
Bei W'echselstrom kann man einen positiven und negativen Pol demgemaB nicht unterscheiden.
Ein Kurzschluf3 tritt auf, sobald sich die beiden von der Stromquelle kommenden Leitungen
unmittelbar beriihren, beim SchweiBen also, wenn die Elektrode das Werkstiick beriihrt. Bei
einer gew6hnlichen Licht- und Kraftanlage wiirde ein KurzschluB durch die entstehende hohe
Stromstarke die Leitung oder gar den Stromerzeuger beschadigen, wenn nicht Sicherungen
vorgesehen waren, die bei einer gewissen Stromstarke die Leitung abschalten. Die SchweiB
stromerzeuger sind so eingerichtet, daB das Anwachsen der Stromstarke auf ein zulassiges MaB
begrenzt ist und Sicherungen im SchweiBstromkreis nicht n6tig sind.
Der Schweif3vorgang besteht aus einer sehr schnellen Folge von betriebsmliBig auftretenden
Kurzschliissen. Bei jedem KurzschluB geht fliissiges Metall von der Elektrode auf das Werk
stiick iiber.
4. Gleichstrorn zurn Schwei8en wird mit Umformern oder Gleichrichtern erzeugt,
ausnahmsweise durch SchweiBdynamos, die von Verbrennungsmotoren angetrieben
sind, aber dieselben schweiBtechnischen Eigenschaften haben wie die Umformer.
a) Ein Umformer besteht aus einem Elektromotor, del' an das allgemeine Stromnetz an
geschlossen wird, und einem von ihm angetriebenen Generator (SchweiBdynamo). Meistens
sind beide zu einer Maschine vereinigt (Eingehauseumformer). Grundsatzlich verschieden sind
die Umformer, die nul' eine SchweiBstelle mit Strom versorgen, von den sogenannten Mehr
stellenanlagen.
Umformer fiir einen Arbeitsplatz zum Elektrodenschweif3en sind so gebaut, daB ihre Spannung
bei Leerlauf am h6chsten ist und bei zunehmender Stromstarke immer kleiner wird, bis sie bei
einer gewissen H6chststromstarke auf Null geht (fallende Spannungscharakteristik oder -kenn
linie). Dieser H6chststrom ist der KurzschluBstrom, del' entsteht, wenn man zum Ziinden des
Lichtbogens das Werkstiick mit der Elektrode beriihrt. Er wird beim Ziehen des Lichtbogens
sofort kleiner und soll sich dann ohne Verz6gerung (Tragheit) auf die SchweiBstromstarke und
die zugeh6rige SchweiBspannung einstellen. Wiirde man mehrere SchweiBstellen an einen
solchen Umformer anschlieBen, so wiirden sie sich gegenseitig st6ren.
Beim Wolfram-Inert-Schweif3en braucht man dieselben Umformer. Man versieht sie 6fter zu
satzlich mit einem sogenannten "Kraterfiiller", einer Schalteinrichtung, durch die del' Strom
beim Ausschalten allmahlich schwacher wird, so daB man das SchweiBbad noch fiillen und
den riBempfindlichen Endkrater vermeiden kann.
M ehrsteUenanlagen erzeugen eine gleichbleibende Spannung in der H6he del' Leerlauf
spannung. An jedem SchweiBplatz befindet sich dann ein Regelwiderstand, mit dem man die
Spannung auf die SchweiBspannung herabmindert und so die SchweiBstromstarke einstellt.
Trotz del' Verluste in den Regelwiderstanden ist eine Mehrstellenanlage wirtschaftlicher als
mehrere Einzelumformer.
Fiir das M etaU-In ert-Sc hweif3en sind U mformer erforderlich, deren Spannung bei zunehmender
Stromstarke gleichbleibt oder sogar noch etwas ansteigt (Gleichspannungskennlinie), well hier
mit sehr diinnen Elektroden geschweiBt wird, die einen KurzschluBstrom wie oben gar nicht
erst aufkommen lassen, sondern sofort abschmelzen, wenn sie das Werkstiick beriihren. Die
H6he der Gleichspannung ist in einem gewissen Bereich verstellbar.
Es gibt Einzweckumformer fiir bestimmte SchweiBverfahren und daneben auch Mehrzweck
umformer, die durch einfaches Umschalten fiir Elektroden-, 'VI-, MI- und UP-SchweiBen
verwendet werden k6nnen. Reicht die Stromstarke eines Umformers fiir eine SchweiBung
nicht aus, so kann man mehrere gleiche Umformer parallel schalten, indem man Pluspol mit
Pluspol und Minuspol mit Minuspol zusammenschlieBt.
b) Gleichrichter k6nnen als Trocken- oder als R6hrengleichrichter gebaut sein. Sie werden
iiber SchweiBumspanner (Abschn. 5) an das Drehstromnetz angeschlossen. Der damit erzeugte
Strom besteht aus einzelnen Stromst6Ben wie der Wechselstrom, die aber alle in gleicher Rich
tung flieBen (pulsierender Gleichstrom). Nackte Elektroden kann man damit nicht verschweiBen,
Seelenelektroden nur mit Schwierigkeiten. Gleichrichter arbeiten vollkommen tragheitslos
(vgl. Umformer), was z. B. fiir das SchutzgasschweiBen wichtig ist. Sie werden zum MI
~chweiBen mit Gleichspannungskennlinie gebaut.
8 Grundlagen des LichtbogenschweiBens
5. Wechselstrom zum SchweiBen wird mit Umformern odeI' Umspannern (Trans
formatoren, kurz Trafos) erzeugt. Oft ist es zweckmaBig odeI' notwendig, ein Hoch
frequenzgerat zuzuschalten.
a) D1'ehstrom-Wechselstrom-Umformer sind Maschinen mit umlaufendem Anker wie die
Drehstrom-Gleichstrom-Umformer. Man wird sie nul' verwenden, weun die Entnahme von
einphasigem Wechselstrom aus dem Drehstromnetz zum Betrieb eines SchweiBumspanners
nicht zulassig oder die Erzeugung von Wechselstrom hoherer Frequenz, z. B. 150 statt 50 Pe
rio den, zum SchweiBen verlangt wird, die nul' mittels Umformer moglich ist.
b) SchweifJumspanner gibt es in verschiedener Bauart [8]. Ihr Vorteil ist, daB sie keine um
laufenden Teile haben, daher keine Wartung brauchen und sich nicht abnutzen, fur Nachteil,
daB sie das Drehstromnetz ungleichmaBig belasten, weil sie einphasig, also mit zwei Leitungen,
angeschlossen werden. Ein SchweiBumspanner kaun je nach GroBe mehrere SchweiBplatze ver
sorgen. Jede SchweiBstelIe hat einen RegIer wie bei den Mehrstellenanlagen fiir Gleichstrom.
Zum WI-SchweiBen geeignet sind alle fiir die zusatzliche Verwendung von Hochfrequenz
geraten eingerichteten handelsiiblichen SchweiBumspanner. Der Wechselstromlichtbogen hat
im Argongas eine starke Neigung zum Gleichrichten, d. h. die eine Stromrichtung wird bis zu
einem gewissen Grade unterdriickt. Diesc Gleichrichterwirkung kann man durch Einschalten
von Kondensatoren oder OHMS chen Widerstanden im SchweiBstromkl'eis aufheben. SchweiB
umspanner, die diese Einrichtung zusatzlich haben, werden heute schon gebaut. Man kann sic
fiir das ElektrodenschweiBen und fUr das WI-SchweiBen verwenden.
c) Hochfrequenzzusatzgeriite (HF-Gerate). Die Schwierigkeit bcirn SchweiBen mit Wechsel
strom gegeniiber Gleichstrom ist in del' Stromart begriindet. Wahrend del' Gleichstrom etwa
wie Wasser in einer Rohrleitung gleichmaBig in einer Richtung flieBt, andert der iibliche 50-
periodige Wechselstrom (= 50 Hertz, abgekiirzt Hz) in jeder Sekunde 100mal seine Richtung:
Eine Periode umfaBt zwei Wechsel; die Stromstarke nimmt zunachst zu bis zu einem Hochst
wert, daun wieder ab bis auf 0, die Stromrichtmlg kehrt sich um und nun nimmt die Strom
starke in diesel' entgegengesctzten Richtung den eben geschilderten Verlauf. Bei jedem Rich
tungswechsel des Stromes wird die Stromstarke 0 und der Lichtbogen erlischt und muB in ent
gegengesetzter Richtung neu ziinden. Das ist nul' moglich, weun zwischen Elektrode und Werk
stiick ein durch den Lichtbogen elektrisch stark angeregtes (ionisiertes) Gas vorhanden ist. Luft
ist schwerer zu ionisieren als z. B. die aus del' Elektrodenumhiillung entstehenden Gase. Des
halb kann man mit Wechselstrom keine nackten und Seelenelektroden verschweiBen. Das ist
abel' m6glich, wenn man ein HF-Gerat zuschaltet, da dieses von sich aus mit rd. 2000 V, einer
Frequenz von 300 bis 500 Kilohertz (kHz) und einer Leistung bis etwa 30 Watt eine Funkcn
strecke erzeugt, die abhangig von del' Temperatur del' Elektrode einen Zwischenraum von
3 bis 5 mm zwischen Elektrode und Werkstiick iiberbriickt. Die Ziindung erfolgt bei diesem
Abstand, also ohne Beriihrung. Am wirkungsvollsten ist del' Stabilisierungseffekt, wenn man
das HF-Gerat und den SchweiBumspanner an die gleiche Phase anschlieBt.
Mit del' Zunahme del' SchweiBleistungen, besonders beim UP- und SchutzgasschweiBen,
wu·d dem Zund~lngsvorgang immer mehr Beachtmlg geschenkt. HF-Gerate besonderer Bauart
werden auch beinl GleichstromschweiBen verwendet, urn z. B. schon 1 mm Val' del' Beriihrung
del' Elektrode mit dem Werkstiick zu ziinden. Zu beachten ist noch, daB die HF-Gerate elektro
rnagnetische Wellen aussenden und Storungen im Rundfunk und Fernsehen hervorrufen. Urn
Schwierigkeiten mit del' Post zu verrneiden, ist bei Beschaffung von HF-Geraten diesel' Punkt
mit in Betracht zu ziehen [9].
6. Allgemeine Regeln fiir die Schwei8anlage. Die vom Lieferanten del' SchweiB
anlage beigegebene Bedienungsvorschrift ist genau zu beachten.
Beim AnschluB eines SchweiBumformers alterer Bauart ist auf die richtige Dreh
richtung, die zumeist durch einen roten Pfeil angegeben ist, zu achten; die Dreh
richtung eines Drehstrommotors kann durch einfaches Vertauschen zweier beliebi
gel' del' drei Leitungsanschlusse an del' Maschine geandert werden. Bei neuzeit
lichen Querfeld-SchweiBumformern ist die Drehrichtung gleichgtiltig.
Jede SchweiBanlage muB mittels eines Hebelschalters unter Zwischenschaltung
richtig bemessener Sicherungen vom Leitungsnetz abschaltbar sein.
Jede SchweiBanlage muB geerdet sein, um bei Isolations- und anderen Fehlern
die meist gefahrlich hohe Netzspannung zur Erde abzuleiten. Den Anschlussen und
del' sorgfaltigen Instandhaltung del' Erdungsleitung ist aus Sicherheitsgrunden
besondere Beachtung zu schenken.
Das AnschlieBen fahrbaTeT SchweiBanlagen an das Leitungsnetz odeI' an die
Schalttafel dad niemals "unter Strom" vorgenommen werden.
SchweiBanlage - SchweiBplatz 9
Fahrbare SchweiBumformer sind stets in nachster Nahe des zu schweiBenden
Werkstiickes aufzustellen, da die Verwendung eines langen SchweiBkabels - auch
wenn es einen graBeren Querschnitt als 35 qmm besitzt - Verluste an elektrischer
Energie zur Folge hat.
Auf einen guten metallischen Kontakt samtlicher SchweiBkabelverbindungen
ist zu achten, und auBerdem ist damuf zu sehen, daB auch die Muttern bei den
Kabelanschliissen fest angezogen sind.
AIle Anschliisse del' Kabel miissen mit angelateten Kabelschuhen versehen sein.
Das SchweiBkabel mit Elektrodenhalter und das WerkstiickanschluBkabel
miissen immer in einwandfreiem Isolationszustande sein, da sonst sehr leicht ein
KurzschluB eintreten kann. Die Kabel miissen deshalb schonend behandelt werden.
Das Uberfahren del' Kabel mit Transportgeraten und das Ziehen iiber scharfe
Kanten - z. B. iiber Mann16cher bei Kesseln - sind unbedingt zu vermeiden.
Del' Elektrodenhalter muB ein festes Einspannen del' Elektrode ermaglichen. Er
muB "vollisoliert", d. h. ohne eingespannten SchweiBdraht gegen zu£allige Be
riihrung vollkommen geschiitzt sein (UnfaIlverhiitungsvorschrift).
AIle Lagerstellen miissen mit Fett odeI' 01 gefUllt sein.
Vor Anlauf des SchweiBumformers ist del' Regler stets auszuschalten. AuBerdem
darf del' Elektrodenhalter nicht auf den SchweiBtisch oder auf das zu schweiBende
und an das SchweiBaggregat bereits angeschlossene Werkstiick gelegt werden.
Mit Riicksicht auf die hahere Leerlaufspannung bei SchweifJumspannern darf das
Auswechseln del' Elektroden beim SchweiBen niemals mit der nackten Hand, son
dern immer nur mit Handschuhen vorgenommen werden. Bei SchweiBarbeiten,
z. B. in Kesseln, feuchten Raumen usw. kann die hahere Leerlaufspannung der Um
spanner AnlaB zu Unfallen geben, wenn diese VorsichtsmaBregel nicht beachtet
wird. Auch ist die Isolation des SchweiBkabels zu kontrollieren. Ein SchweiB
umformer ist jedenfalls mit Riicksicht auf seine ungefahrliche Leerlaufspannung fUr
solche Arbeiten vorzuziehen1.
7. Die SchweiBplatzausriistung soIl stets in gutem Zustande sein. Es gehoren dazu:
1 in unmittelbarer Nahe del' SchweiBanlage aufzustellender eiserner SchweiBtisch, del' an
den einen Pol del' SchweiBanlage angeschlossen wird. Del' SchweiBtisch soll nicht zu hoch sein,
damit del' SchweiBer auch sitzend arbeiten kann.
1 SchweiBkabel, 5 m lang und meist 35 qmm, bei SchweiBdraht iiber 4 mm 50 qmm Kupfer
querschnitt, hochbiegsam mit Elektrodenhalter und angelotetem Kabelschuh. Zum Schutzc
gegen mechanische Bcschadigungen ist das Kabel cntweder mit einem Gummi- oder Leder
iiberzug zu versehcn.
1 WerkstiickanschluBkabel, 3 bis 5 m lang und cbenfalls 35 bzw. 50 qmm Kupferquerschnitt,
mit zwei angeloteten Kabelschuhen.
1 AnschluBschraubzwinge.
1 Schutzspiegel (Hand- oder Kopfschild) mit farbigem Schutz-und weiBem Deckglas.
2 ReserveschutzgHiscr.
1 SchweiBhaube mit aufklappbarem Schutzglas. Abb. 4 zeigt die Verwendung del' SchweiB
haube beim SchweiBen cines Diinnblechrohres mit SchweiBkohle, Blasmagnet und Zusatzdraht
(s. Absclm. 48). Auch beim WI-SchweiBen muB ja del' SchweiBer beide Hande frei haben.
Hier ist ein Kopfschild zweckmaBig, eine geschlossene Haube zu heiB.
1 Atmlmgsschutz - Respirator - mit auswechselbarer Einlage fiir Bronze-Messing
SchweiBung. Abb. 5 zeigt die Benutzung des Respirators und des Schutzspiegels bei einer
BronzeschweiBung.
1 gewohnliche Schutzbrille mit weiBen Glaseru, seitlich geschlossen.
1 Paar Lederhandschuhe, moglichst aus Chromspaltleder, mit verstarktem Daumen und
Zcigefinger und rd. 150 mm langem Stulp.
1 Ncuerdings werden SchweiBumspanner gebaut, fiir die diese Einschrankung entf1illt, wenn
sie den besonderen Bestimmungen der Berufsgenossenschaften geniigen. Sie miissen auffallig
und dauerhaft mit dem Kennzeichen ,,42 V" versehen sein und mit dem Hinweis, daB sie
nicht iiber 30° geneigt verwendet werden diirfen und das Gerat beim Versagen del' Schutz
cinrichtung auBer Betrieb zu nehmen ist.