Was ist Shielded Metal Arc Welding (SMAW)? 👨‍🏭

Einführung

Das Lichtbogenschweißen mit umhüllten Elektroden ist ein Verfahren, das eine Koaleszenz zwischen Metallen durch Erhitzen und Schmelzen mit einem Lichtbogen erzeugt, der zwischen der Spitze einer umhüllten Elektrode und der Oberfläche des Grundmetalls an der zu schweißenden Verbindung entsteht.

Wie der Prozess funktioniert

Das geschmolzene Metall von der Elektrode wird durch den Lichtbogen in das Schmelzbad des Grundmetalls übertragen und bildet so das Schweißgut.

Eine flüssige Schlacke mit geringerer Dichte als die des flüssigen Metalls, die aus der Elektrodenbeschichtung und den Grundmetallverunreinigungen gebildet wird, überragt das Schmelzbad und schützt es vor atmosphärischer Verunreinigung.

Einmal erstarrt, steuert diese Schlacke die Abkühlgeschwindigkeit des bereits erstarrten Schweißgutes. Der Zusatzwerkstoff stammt aus dem Metallkern der Elektrode (Draht) und aus der Beschichtung, die teilweise aus Eisenpulver und Legierungselementen besteht.

Das Stabschweißen ist eines der am häufigsten verwendeten Schweißverfahren von allen, über die wir sprechen werden, aufgrund der Einfachheit der Ausrüstung, der Qualität der Schweißnähte und der geringen Kosten für Ausrüstung und Verbrauchsmaterialien.

Es hat eine große Flexibilität und schweißt die meisten Metalle in einem breiten Dickenbereich. In letzter Zeit hat es aufgrund der geringeren Produktivität gegenüber anderen Verfahren an Boden verloren (es dauert länger, eine Schweißnaht bei diesem Verfahren abzuschließen als beispielsweise bei FCAW).

Mit diesem Verfahren kann nahezu überall und unter extremen Bedingungen geschweißt werden. Das Schweißen mit umhüllten Elektroden wird in großem Umfang in der industriellen Fertigung, bei Metallkonstruktionen für Gebäude, im Schiffsbau, bei Autos, Lastwagen, Schleusentoren und anderen geschweißten Baugruppen eingesetzt.

Der große Nachteil dieses Verfahrens ist seine geringe Produktivität, die hauptsächlich auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, die Elektroden auszutauschen.

Vorteile und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Es ist ein vielseitiges Verfahren, da es sich an Materialien unterschiedlicher Dicke und in jeder Arbeitsposition anpasst.	Es handelt sich um einen manuellen Prozess, der von den Fähigkeiten des Schweißers abhängt, was eine geringere Kontrolle der Schweißparameter, wie z. B. Des Schweißstroms, impliziert.
Die notwendige Ausrüstung ist relativ kostengünstig.
Seine Verwendung ist sowohl innerhalb der Fabrik als auch auf dem Feld angegeben.	Im Vergleich zu anderen Verfahren weist es aufgrund seiner geringen Abschmelzleistung und geringen Schweißerbelegung (Zeit mit geöffnetem Lichtbogen durch die Gesamtschweißzeit) eine geringe Produktivität auf, die bei etwa 40 % liegt.
Wird derzeit in der Marine-, Eisenbahn-, Automobil-, Metallverarbeitungs- und Bauindustrie eingesetzt.
Es wird häufig zum Schweißen von Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Aluminium, Kupfer, Nickel usw. Verwendet.
Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Pb, Sn, Zn und hitzebeständige oder sehr reaktive Metalle wie Ti und Zr sind mit beschichteten Elektroden nicht schweißbar.	Erzeugt während des Prozesses große Mengen an Gasen und Dämpfen.

Schweißausrüstung

Wie in der Abbildung unten gezeigt, besteht die Ausrüstung aus einer Stromquelle, Verbindungskabeln, einem Elektrodenhalter, einer Klemme (Erdungsanschluss) und der Elektrode.

Energiequelle

Die Stromquelle kann Gleichstrom (Generatoren oder Gleichrichter) oder Wechselstrom (Transformator) sein.

Gleichstromquellen können sein:

1 – Generatoren, die im Allgemeinen für Arbeiten auf Baustellen verwendet werden, insbesondere dort, wo keine ausreichende Stromversorgung verfügbar ist.
2 – Transformatoren-Gleichrichter, die gegenüber Generatoren aufgrund der geringeren Betriebs- und Wartungskosten und des leiseren Betriebs vorteilhaft sind.

Bei Gleichstrom muss die Polarität nach Bedarf des Dienstes gewählt werden:

a) Gleichstrom – Gleichstrompolarität (DC-), die Elektrode ist mit dem Minuspol der Maschine verbunden und es kommt zu einer geringeren Abschmelzleistung und größeren Eindringtiefen.
b) Gleichstrom – Verpolung (DC+), die positive Elektrode und der negative Teil. Mit dieser Konfiguration werden eine geringere Durchdringung und höhere Elektrodenschmelzraten erzielt.
c) Wechselstrom (AC) – die Polarität wechselt bei jeder Stromumkehr. Bei dieser Art von Konfiguration liegt die Wulstgeometrie zwischen der von CC+ und CC-

Tipp: Das Gleichstromzeichen bezieht sich immer auf den Anschluss der Elektrode. Manche sprechen sogar lieber von positiver Elektrode oder negativer Elektrode.

Schweißkabel

Sie werden verwendet, um den Elektrodenhalter und die Klemme mit der Stromquelle zu verbinden. Sie müssen flexibel sein, um eine einfache Handhabung zu ermöglichen. Sie sind Teil der Lötschaltung und bestehen aus mehreren zusammengewickelten Kupferdrähten, die durch eine isolierende und flexible Beschichtung geschützt sind. Die Kabel müssen abgerollt und ohne Spleiße gehalten werden.

Elektrodenhalter

Der Elektrodenhalter dient zur Fixierung und Energieversorgung der Elektrode. Korrekte Befestigung und gute Isolierung der Kabel sind unerlässlich, um das Risiko eines Stromschlags zu minimieren. Die Krallen müssen immer in gutem Zustand sein, um Probleme durch Überhitzung und schlechte Elektrodenfixierung zu vermeiden, die sich beim Schweißen lösen können.

Klemme (Masseanschluss)

Es ist ein Gerät, um das Erdungskabel mit dem zu schweißenden Teil zu verbinden.

Verbrauchsmaterial – Elektroden

Die umhüllte Elektrode besteht aus:

• Elektrode ("Die Seele")
• Glasur

Die Elektrode baut den Lichtbogen auf und liefert den Schweißzusatz.

Die Elektrodenbeschichtung hat während des Schweißprozesses folgende Funktionen: Elektrische, physikalische und metallurgische Funktionen.

Elektrische Isolations- und Ionisationsfunktion

a) Isolierung – isoliert den Elektrodenkern, vermeidet seitliche Lichtbogenöffnungen und lenkt den Lichtbogen auf die interessierende Stelle. Zum Beispiel beim Schweißen von engen, schwer zugänglichen Fasen, um zu verhindern, dass sich der Lichtbogen an ungewollten Stellen bildet.
b) Ionisierung – Die Beschichtung enthält Na- und K-Silikate, die die Lichtbogenatmosphäre ionisieren. Dies erleichtert den Durchgang von elektrischem Strom und erzeugt einen stabilen Lichtbogen.

Physikalische und mechanische Funktionen

a) Sie liefern Gase zur Bildung einer Schutzatmosphäre für die Metalltröpfchen gegen die Einwirkung von Wasserstoff in der Atmosphäre.
b) Die Beschichtung schmilzt und verfestigt sich dann auf der Schweißnaht und bildet eine Schlacke aus nichtmetallischem Material, die die Schweißnaht vor Oxidation durch die normale Atmosphäre schützt, während die Schweißnaht abkühlt.
c) Steuert die Abkühlgeschwindigkeit und trägt zur Endbearbeitung der Raupe bei:

Metallurgischer Zweck

a) Bringt Legierungselemente in das Schweißgut ein und verändert seine Schweißeigenschaften. Andere chemische Elemente werden ebenfalls hinzugefügt, um Verunreinigungen zu verschlacken, zu desoxidieren usw. (z. B.: Mn, Si).

Umhüllte Elektroden werden nach den Spezifikationen der AWS (American Welding Society) klassifiziert. Kommerzielle Spezifikationen für umhüllte Elektroden finden Sie in den AWS-Spezifikationen der AWS A5-Serie (Bsp.: AWS A5.1)

Funktionen und Verwendungen

Es ist wichtig, dass sich ein Schweißinspektor daran erinnert, dass beim Schweißprozess mit umhüllten Elektroden viele Variablen zu berücksichtigen sind. Beispielsweise kann es in einer Vielzahl von Verbindungskonfigurationen verwendet werden, die beim industriellen Schweißen zu finden sind, und in einer Vielzahl von Grundmetall- und Füllmetallkombinationen.

Gelegentlich werden mehrere Arten von Elektroden für eine bestimmte Schweißnaht verwendet. Ein Schweißinspektor sollte über gründliche Kenntnisse der für die Arbeit verwendeten Verbrauchsmaterialspezifikationen verfügen, um zu wissen, wie und welche Variablen die Schweißqualität beeinflussen.

Mit dem Stabelektroden-Schweißverfahren kann in allen Positionen geschweißt werden. Es kann auch zum Schweißen der meisten Stähle und einiger Nichteisenmetalle sowie zum Auftragen von Füllmetall verwendet werden, um bestimmte Eigenschaften oder Abmessungen zu erhalten.
Verfügt über die Fähigkeit, Grundmetalle in einem Bereich von 2 mm bis 200 mm zu schweißen, je nach Anforderungen an Erwärmung oder Verformungskontrolle und Verwendung.

Die Beherrschung der Schweißenergie (Wärmeeintrag) während des Betriebs ist bei einigen Werkstoffen, wie z. B. Vergütungsstählen, Edelstählen und niedrig legierten Stählen mit Molybdängehalt, ein relevanter Faktor, der auch für Tieftemperaturanwendungen von großer Bedeutung ist.

Eine unzureichende Steuerung der Schweißenergie während des Schweißvorgangs kann bei Bedarf leicht zu Rissen oder einem Verlust der Eigenschaften des primären Grundmetalls führen, wie z. B. Einem Verlust der Korrosionsbeständigkeit bei rostfreien Stählen oder sogar einem Abfall der Energieabsorptionskapazität.

Die Abscheidungsrate dieses Prozesses ist im Vergleich zu anderen kontinuierlichen Beschickungsprozessen gering. Die Abscheiderate variiert von 1 bis 5 kg/h und hängt von der gewählten Elektrode ab.

Der Erfolg des Schweißverfahrens mit umhüllten Elektroden hängt weitgehend von den Fähigkeiten und der Technik des Schweißers ab, da alle Schweißmanipulationen vom Schweißer durchgeführt werden. Es gibt vier Punkte, die der Schweißer beherrschen muss:

• Länge des Lichtbogens (variiert zwischen 0,5 und 1,1 des Durchmessers der umhüllten Elektrode). Laienhaft können wir den Abstand von der Elektrodenspitze zum Teil betrachten.
• Elektrodenverschiebung und Arbeitswinkel.
• Geschwindigkeit der Elektrodenverschiebung.
• Pass-Abscheidungstechniken (schmaler oder schwingender Pass).
• Elektrischer Strom.

Fugen vorbereiten und reinigen

Die zu schweißenden Teile müssen auf jeder Seite der Kanten in einem Streifen von mindestens 20 mm frei von Öl, Fett, Rost, Farbe, Rückständen von der Prüfung durch eindringende Flüssigkeit, Sand und Ruß von der Gasvorwärmung und entmagnetisiert sein.

Nach jedem Durchgang muss die entstehende Schlacke entfernt werden. Bei teilweiser Schlackenentfernung entstehen Schweißperlen mit Oxideinschlüssen, die die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung beeinträchtigen. Mangelnde Reinigung zwischen den Durchgängen erzeugt den berühmten "Schlackeneinschluss"-Defekt.

Übliche Parameter zum Schweißen von Stählen

Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel typischer Parameter nach Durchmesser für die umhüllte Elektrode Typ 7018. Die 7018-Elektrode wird am häufigsten in verantwortungsvollen Arbeiten verwendet. Wenden Sie sich jedoch an einen Schweißspezialisten, um die wirtschaftlichste und produktivste Elektrode und die zu verwendenden Parameter zu erhalten. Ihre Arbeit.

Prozessbedingte Diskontinuitäten

Die Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißen mit plattierter Elektrode erhalten wird, kann fast alle Arten von Unterbrechungen enthalten. Nachfolgend sind einige der häufiger auftretenden Diskontinuitäten aufgeführt, die bei der Verwendung dieses Verfahrens auftreten können.

Porosität

Im Allgemeinen wird es durch die Verwendung falscher Techniken (lange Lichtbogenlänge oder hohe Schweißgeschwindigkeit), durch die Verwendung von Grundmetall ohne angemessene Reinigung oder durch eine nasse Elektrode verursacht.

Cluster-Porosität tritt manchmal beim Öffnen und Schließen des Bogens auf. Die Schweißtechnik mit einem kleinen Rückwärtsgang gleich nach Beginn des Schweißvorgangs ermöglicht es dem Schweißer, den Bereich am Beginn des Durchgangs erneut zu schmelzen, sein Gas freizusetzen und so diese Art von Diskontinuität zu vermeiden. Vermiforme Porosität wird normalerweise durch die Verwendung einer nassen Elektrode verursacht.

Einschlüsse

Sie werden durch unsachgemäße Handhabung der Elektrode und schlechte Reinigung zwischen den Durchgängen verursacht. Es ist ein vorhersehbares Problem bei unzureichender Konstruktion in Bezug auf die Zugänglichkeit der zu schweißenden Verbindung oder sogar bei kleinen Fasenwinkeln.

Fehlende Fusion

Folgen einer unsachgemäßen Schweißtechnik: schnelles Schweißen, unzureichende Naht- oder Materialvorbereitung, zu niedriger Strom.

Mangelnde Durchdringung

Ergebnisse aus unsachgemäßer Schweißtechnik; schnelles Löten, unsachgemäße Verbindung oder Materialvorbereitung, Strom zu niedrig und Elektrodendurchmesser zu groß.

Konkavität und Überlappung

Sie sind auf Fehler (Schlamperei) des Schweißers zurückzuführen.

Risse im Hals und Risse in der Wurzel

Wenn sie auftreten, verlangen sie, dass sie vermieden werden müssen, Änderungen in der Schweißtechnik oder Materialwechsel.

Interlamellarer Riss

Diese Diskontinuität wird nicht als Schweißerfehler charakterisiert. Es tritt auf, wenn das Grundmetall, das die durch die Schrumpfung der Schweißnaht erzeugten hohen Spannungen nicht in Dickenrichtung aushält, Risse in Form von Stufen aufweist, die sich in Ebenen parallel zur Walzrichtung befinden.

Nur zur Information spezifizieren einige Ingenieure einen „Z“-Zugversuch, um die Widerstandsfähigkeit dieses Materials gegen diese Art von Rissbildung zu bewerten.

Risse am Rand und Risse unter der Perle

Dies sind Risse, wie wir sehen werden, aufgrund von Kaltrissen. Sie treten einige Zeit nach dem Schweißen auf und können daher bei einer unmittelbar nach dem Schweißvorgang durchgeführten Inspektion nicht erkannt werden. Sie treten normalerweise auf, während Wasserstoff im Lot eingeschlossen ist.

Als Beispiel für Wasserstoffquellen können wir nennen: hohe Luftfeuchtigkeit, nasse Elektroden, verschmutzte Oberflächen.

Dieser Wasserstoff, kombiniert mit einer fragilen Mikrostruktur und einem ausreichend hohen Eigenspannungsniveau, trägt zum Auftreten dieser Arten von Rissen bei.

Hinterschnitt (ähnlich einem Biss)

Hohe Stromstärke (Strom), sehr heißes Teil.

Umwelt- und Personenschutzbedingungen

Bei Regen und Wind darf nicht geschweißt werden, es sei denn, die zu schweißende Verbindung ist ausreichend geschützt.

Der Lichtbogen gibt neben Spritzern und schädlichen Gasen auch sichtbare und ultraviolette Strahlung ab. Aus diesen Gründen muss der Schweißer angemessen geschützt werden, indem er Filter, Handschuhe, Schutzkleidung und Sicherheitsglas verwendet und an Orten mit ausreichender Belüftung schweißt.

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