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Das ABC des Lichtbogenschweißens

Wie sich die Polarität auf die Leistung der Elektrode beim Lichtbogenschweißen auswirkt

Der Begriff „Polarität“ wird verwendet, um den elektrischen Anschluss der Elektrode im Verhältnis zum Anschluss einer Stromquelle zu beschreiben. Bei Gleichstrom (DC) wird die Polarität als Gleichstromelektrode positiv (DCEP) bezeichnet, wenn die Elektrode an den positiven Anschluss angeschlossen ist. Wenn die Elektrode an den negativen Anschluss angeschlossen ist, wird die Polarität als Gleichstromelektrode negativ (DCEN) bezeichnet. Bei der Verwendung von Wechselstrom (AC) ändert sich die Polarität bei jedem Halbzyklus von 50 oder 60 Hz.

Warum beim Metall-Schutzgasschweißen meist DCEP verwendet wird

Die überwiegende Mehrheit der Anwendungen beim Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) verwendet DCEP. Diese Bedingung führt zu einem stabilen Lichtbogen, gleichmäßigem Metallübergang, relativ geringen Spritzern, guten Schweißraupeneigenschaften und tiefem Einbrand für einen breiten Bereich von Schweißströmen. Im Gegensatz dazu nimmt bei DCEN die Größe der Schmelztropfen tendenziell zu und der Tropfenübergang wird unregelmäßig, so dass die Spritzer mit großem Korn zunehmen. Es wurden jedoch einige spezielle Drähte mit einer besonderen chemischen Zusammensetzung speziell für DCEN entwickelt, die hervorragende Leistungen bei verzinkten Blechen bieten. Versuche, konventionellen Wechselstrom zu verwenden, waren im Allgemeinen aufgrund des instabilen Lichtbogens beim MSG erfolglos. Dank modernster Inverter- und digitaler Steuerungstechnik wurden jedoch gepulste Wechselstromquellen für das MSG-Schweißen von Blechen entwickelt.

Das MSG-Schweißen ist das vielseitigste Schweißverfahren in Bezug auf die Polarität

Durch die große Vielfalt an Umhüllungspulvern für umhüllte Elektroden ist das MSG-Schweißen das vielseitigste Verfahren in Bezug auf die Polarität. Die Mehrzahl der umhüllten Elektroden verwendet entweder AC oder DCEP. Einige Elektroden, insbesondere E6013 (RB-26), E6019 (B-17) und E7024 (ZERODE-43F) bieten gute Leistungen mit AC, DCEP oder DCEN. Im Gegensatz dazu sind Elektroden mit hohem Zellulosegehalt wie E6010 (KOBE-6010), E7010-P1 (KOBE-7010S) und E8010-P1 (KOBE-8010S) für das Rohrschweißen nur für die Verwendung mit DCEP ausgelegt, um eine gleichmäßigere Tropfenübertragung zu gewährleisten. Cr-Mo-Elektroden mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wie E7015-B2L (CMB-95) und E8015-B3L (CMB-105) sind ebenfalls nur für die Verwendung mit DCEP vorgesehen, um eine bessere Leistung zu erzielen. Für einige spezielle Elektroden wie LB-80UL für hochfeste Stähle und NB-1SJ für Tieftemperaturstähle wird empfohlen, nur AC zu verwenden, um die strengen Anforderungen an die Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts in der Fertigung zu gewährleisten.

Wie sich die Polarität auf das SAW auswirkt

Die jeweilige Kombination von Draht und Flussmittel bestimmt die Wahl von AC, DCEP oder DCEN beim SAW. Bei DCEP ist der Flussmittelverbrauch (das Verhältnis der Schlackenmenge zur Menge des abgeschiedenen Metalls) je nach Art des Flussmittels um etwa 10-30 % höher als bei AC. Folglich kann die chemische Zusammensetzung – und damit die mechanischen Eigenschaften – des Schweißguts durch die Polarität beeinflusst werden, wobei das Ausmaß der Wirkung von der Art des Flussmittels abhängt. Aus diesem Grund ist eine sorgfältige Auswahl der Draht-Pulver-Kombination unter Berücksichtigung der Polarität der zu verwendenden Stromquelle erforderlich, wenn strenge Qualitätsanforderungen an das Schweißgut gestellt werden. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für die Auswirkungen der Polarität auf die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts. In diesen Prüfergebnissen sind deutliche Unterschiede bei Kohlenstoff, Sauerstoff, 0,2%PS, TS und IV zwischen AC und DCEP zu erkennen.

Tabelle 1. Ein Beispiel für die Auswirkung der Polarität beim SAW-Verfahren unter Verwendung eines Schmelzlotdrahtes und eines Massivdrahtes für unlegierten Stahl und hochfesten Stahl mit 490 N/mm2 (im as-geschweißter Zustand)

Polarität	C	Si	Mn	P	S	O
AC	0.07	0.30	1.61	0.017	0.005	0.067
DCEP	0.05	0.35	1.67	0.018	0.006	0,098
Polarität	0,2% PS (N/mm2)	TS (N/mm2)	El (%)	RA (%)	Av. IV bei -40°C (J)
AC	462	565	30	70	93
DCEP	411	512	33	69	74

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