Grundlagen des Lichtbogen-Schweißens

Das Lichtbogenschweißen ist eines der am häufigsten verwendeten Schweißverfahren in der Metallbearbeitung und -verarbeitung. Es zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit und Effizienz aus, weshalb es in vielen Industriezweigen, einschließlich der Automobilindustrie, des Maschinenbaus und der Bauindustrie, weit verbreitet ist.

Was ist Lichtbogen-Schweißen?

Lichtbogenschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem ein elektrischer Lichtbogen als Wärmequelle verwendet wird, um Metalle zu schmelzen und zu verbinden. Es gehört zu den am häufigsten eingesetzten Schweißmethoden in der Metallverarbeitung und wird in vielen Branchen, wie der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und dem Bauwesen, verwendet. Der Lichtbogen entsteht zwischen einer Elektrode und dem Werkstück und erzeugt Temperaturen von über 3000 Grad Celsius, die ausreichen, um das Metall an der Schweißstelle zu schmelzen und eine dauerhafte Verbindung zu schaffen.

Ein Roboterarm führt einen Lichtbogenschweißvorgang durch, wobei helle Funken sprühen und Metallstücke in einer automatisierten Fertigungsumgebung miteinander verschweißt werden.

Welche Arten von Lichtbogen-Schweißen gibt es?

Es gibt verschiedene Arten des Lichtbogenschweißens, die je nach Anwendungsfall und Material unterschiedliche Vorteile bieten. Der Hauptunterschied liegt darin, ob die Elektrode während des Schweißens schmilzt oder nicht.
 

Schweißverfahren mit abschmelzenden Elektroden

Metall-Schutzgasschweißen (MIG/MAG)

Hierbei wird ein Draht als Elektrode kontinuierlich zugeführt, während ein Schutzgas den Lichtbogen umgibt, um die Schweißnaht vor atmosphärischen Einflüssen zu schützen. MIG steht für Metall-Inertgas-Schweißen und wird meist bei Nichteisenmetallen eingesetzt, während MAG für Metall-Aktivgas-Schweißen steht, das häufig bei Stahl verwendet wird.

Lichtbogenhandschweißen (E-Hand-Schweißen)

Dies ist das traditionellste und einfachste Verfahren, bei dem eine abschmelzende Elektrode verwendet wird. Es wird häufig für Reparaturen und kleinere Schweißarbeiten eingesetzt, da es keine externe Gasquelle benötigt.

Unterpulverschweißen (UP-Schweißen)

Dieses Verfahren verwendet eine abschmelzende Drahtelektrode und arbeitet unter einer Schicht von Flussmittelpulver. Das Pulver schmilzt teilweise und schützt die Schweißnaht vor atmosphärischen Einflüssen, während es gleichzeitig die Schlacke bildet. Es wird oft für dicke Materialien und lange, gerade Nähte verwendet.

Elektroschlackeschweißen (ESS)

Beim Elektroschlackeschweißen schmilzt die Elektrode im Schlackenbad, das durch elektrische Widerstandsheizung geschmolzen wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders für das Schweißen dicker Bleche und großer Bauteile in vertikaler Position.

Bolzenschweißen

Beim Bolzenschweißen wird ein Bolzen durch einen Lichtbogen mit dem Grundwerkstoff verschweißt. Der Bolzen schmilzt an der Kontaktstelle ab und verbindet sich fest mit dem Werkstück. Dieses Verfahren wird häufig im Stahlbau, bei der Herstellung von Schaltschränken und in der Automobilindustrie eingesetzt.

Schweißverfahren mit nicht-abschmelzenden Elektroden

Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

Bei diesem Verfahren wird eine nicht abschmelzende Wolframelektrode verwendet. Der Lichtbogen brennt zwischen der Elektrode und dem Werkstück, während ein Inertgas, häufig Argon, die Schweißstelle schützt. Dieses Verfahren bietet präzise Kontrolle und wird oft bei dünnen Materialien oder kritischen Anwendungen verwendet.

Plasmaschweißen

Plasmaschweißen ist eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens, bei dem der Lichtbogen durch eine Düse gepresst wird, um ein Plasma zu erzeugen. Die Wolframelektrode schmilzt nicht ab. Dieses Verfahren bietet eine sehr konzentrierte Wärmeeinbringung und ermöglicht präzise Schweißungen, insbesondere bei dünnen Materialien und komplexen Geometrien.

Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) und Elektroschlackeschweißen (ESS) sind Verfahren, die ebenfalls zu den abschmelzenden Elektroden gehören. Beide Verfahren zeichnen sich durch ihre Effizienz bei der Bearbeitung großer Werkstücke und dicker Materialien aus. Bolzenschweißen kann als Sonderverfahren betrachtet werden, da es speziell für das Schweißen von Bolzen auf Werkstücken eingesetzt wird und dabei eine abschmelzende Elektrode verwendet. Plasmaschweißen hingegen gehört zu den nicht-abschmelzenden Elektrodenverfahren, ähnlich wie das WIG-Schweißen, bietet aber durch den Einsatz eines Plasmastrahls eine noch höhere Präzision und Flexibilität.

Vorteile des Lichtbogen-Schweißens

Das Lichtbogenschweißen bietet eine leistungsstarke, flexible und kosteneffektive Möglichkeit, dauerhafte Verbindungen in verschiedenen metallverarbeitenden Branchen herzustellen. Mit den unterschiedlichen Methoden lässt sich nahezu jede Anforderung in der industriellen Fertigung und im Handwerk abdecken. Für Unternehmen, die auf Qualität und Effizienz setzen, ist das Lichtbogenschweißen unverzichtbar.

Vielseitigkeit

Lichtbogenschweißen kann für eine breite Palette von Metallen und Materialdicken verwendet werden.

Kosten-Effizienz

Die Geräte für das Lichtbogenschweißen sind im Vergleich zu anderen Schweißtechniken oft günstiger und die Betriebskosten niedriger.

Schnelles Schweißprozess

Lichtbogenschweißen ermöglicht hohe Schweißgeschwindigkeit, insbesondere bei automatisierten Anwendungen. 

Starke Schweißverbindung

Die durch Lichtbogenschweißen hergestellten Verbindungen sind extrem belastbar und langlebig. 

Ein moderner industrieller Arbeitsplatz, an dem Roboterarme Lichtbogenschweißen durchführen. Die Maschinen sind in einer hochautomatisierten Schweißanlage angeordnet.

Wie funktioniert Lichtbogen-Schweißen?

Das Lichtbogenschweißen funktioniert durch das Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens zwischen einer Elektrode (die als Plus- oder Minuspol dient) und dem zu verschweißenden Werkstück. Der Lichtbogen entsteht, wenn der Stromkreis geschlossen wird und die Elektrode das Werkstück berührt. Beim Zurückziehen der Elektrode entsteht ein elektrischer Lichtbogen, der eine intensive Hitzequelle darstellt.

Der Prozess im Detail:

  1. Stromversorgung: Eine Schweißstromquelle liefert den nötigen elektrischen Strom, der durch die Elektrode fließt. Je nach Verfahren kann Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) verwendet werden.

  2. Lichtbogenbildung: Wenn die Elektrode das Werkstück berührt und dann zurückgezogen wird, entsteht ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen ist eine kontinuierliche elektrische Entladung, die das Metall an der Schweißstelle schmilzt.

  3. Schweißbad: Das geschmolzene Metall bildet ein Schweißbad, in dem das Material der Elektrode (falls es sich um eine abschmelzende Elektrode handelt) und das Werkstück miteinander verschmelzen.

  4. Schutz der Schweißstelle: Je nach Schweißverfahren wird das Schweißbad durch Schutzgase (wie Argon oder CO2) oder durch schmelzendes Flussmittel (wie beim Unterpulverschweißen) vor atmosphärischen Einflüssen wie Sauerstoff und Stickstoff geschützt, die zu Porosität oder anderen Schweißfehlern führen könnten.

  5. Erstarrung: Nach dem Schweißvorgang erstarrt das geschmolzene Metall und bildet eine feste, dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Werkstücken.

  6. Nachbearbeitung: Bei einigen Verfahren entsteht Schlacke, die nach dem Schweißen entfernt werden muss. Je nach Anforderungen kann eine visuelle Inspektion oder eine zerstörungsfreie Prüfung (NDT) zur Qualitätssicherung durchgeführt werden.

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Die wichtigsten FAQs zum Thema Lichtbogenschweißen

Lichtbogenschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird. Der Lichtbogen erzeugt hohe Hitze, die das Material schmilzt und eine Schweißnaht formt.

Die gängigsten Verfahren sind:

  • MIG/MAG-Schweißen (Metall-Inertgas-/Metall-Aktivgas-Schweißen)
  • WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgasschweißen)
  • Elektrodenhandschweißen (E-Hand)
  • Plasmaschweißen

Jedes hat spezifische Anwendungsbereiche, abhängig von Material und Anforderung.

  • Hohe Schweißgeschwindigkeit
  • Vielseitig einsetzbar bei unterschiedlichen Materialien (Stahl, Edelstahl, Aluminium)
  • Gute Kontrolle über die Schweißnaht
  • Wirtschaftlich effizient für viele Anwendungen

Die Wahl der Elektrode oder des Schweißdrahts hängt von den zu schweißenden Materialien und dem Schweißverfahren ab. Stahl erfordert andere Elektroden als Edelstahl oder Aluminium. Es ist wichtig, den richtigen Schweißzusatzstoff zu wählen, um eine saubere und stabile Naht zu gewährleisten.

Lichtbogenschweißen eignet sich besonders gut für Metalle wie:

  • Stahl
  • Edelstahl
  • Aluminium
  • Kupfer
    Es gibt jedoch spezielle Verfahren für einige Materialien, die besondere Eigenschaften haben, wie hohe Leitfähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit.