SMAW, Grundlagen zum Auftragschweißen von Elektroden

Sie benötigen ein Buch, das alle wichtigen Kenntnisse über Elektroden für das Schutzgasschweißen (SMAW) und die Auftragsschweißung enthält. Sicher ist, dass es sich bei diesen Verbrauchsmaterialien nicht um eine Einheitsgröße handelt. Sie haben unterschiedliche Materialbeschichtungen, fallen in verschiedene Kategorien, dienen unterschiedlichen Zwecken und erfordern sogar eine spezielle Lagerung und Pflege. Das Verständnis dieser Grundlagen zu Ihren SMAW- und Auftragselektroden macht einen großen Unterschied in Ihrem Endergebnis.

Stahlelektroden lassen sich je nach Beschichtungszusammensetzung in drei Kategorien einteilen: Zellulose, Rutil und basisch.

Zelluloseelektroden wie E6010 und E6011 bestehen hauptsächlich aus Holzzellstoff (Zellulose), der Wasserstoff erzeugt, um einen Grab-/Vortriebslichtbogen mit tiefer Eindringung zu erzeugen. Der Antriebslichtbogen ist attraktiv für die Reparatur landwirtschaftlicher Geräte und andere Anwendungen mit kontaminierten Oberflächen sowie für die V-Nuten, die mit Rohrverbindungen mit offenen Wurzeln verbunden sind. Um die Schweißpfütze mit einem grabenden/treibenden Lichtbogen zu kontrollieren, verwenden Sie eine „Peitschen- und Pausen“-Technik mit E6010-Elektroden.

Eine Rutil-Elektrode wie E6013 und E7014 verfügt über eine Beschichtung aus Titandioxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Eisenpulver und Calciumcarbonat (CaCO3). E7014-Elektroden haben einen erhöhten Eisengehalt, sodass sie mit höheren Strömen betrieben werden können und höhere Abscheidungsraten bieten. Rutil-Elektroden starten leicht, erfordern keine besondere Manipulation und erzeugen einen weichen Lichtbogen mit Lichtdurchdringung. Ihnen wird nachgesagt, dass sie für Schweißer gut geeignet sind, aber sie erzeugen mehr Spritzer.

Basische Elektroden haben eine Beschichtung aus CaCO3, Flussspat (CaF2), Ferromangan und Eisenpulver. Das Wort basisch bezieht sich auf den pH-Wert der Beschichtung. E7018 ist die beliebteste Basiselektrode und erreicht einen Lichtbogen mit mittlerem Graben/Antrieb und mittlerer Eindringtiefe. Grundbeschichtungen weisen außerdem eine geringe Wasserstoff- und Feuchtigkeitsaufnahme auf, was für kritische Schweißnähte unerlässlich ist, da Wasserstoffmoleküle das Schweißgut durchdringen und Risse verursachen können, wenn sie sich ausdehnen und zu entweichen versuchen. Daher wird diese Elektrodenkategorie allgemein als wasserstoffarm bezeichnet.

Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt können auch zusätzliche Bezeichnungen tragen, wobei E7018 H4R immer häufiger verwendet wird. Der Wert H4 zeigt an, dass weniger als 4 ml diffundierbarer Wasserstoff pro 100 g aufgetragener Schweißnaht vorhanden sind, wenn die Elektroden im Lieferzustand getestet werden, typischerweise in hermetisch verschlossenen Folienverpackungen oder Kanistern. Das R gibt Feuchtigkeitsbeständigkeit an. H4R-Elektroden weisen nach neunstündiger Einwirkung von 80 bis 85 Grad Fahrenheit und 80 bis 85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit eine Feuchtigkeitsaufnahme von weniger als 0,4 Prozent auf.

Um die H4R-Kennzeichnung über neun Stunden hinaus zu bewahren, stellen Sie sicher, dass Sie offene Behälter bei 100 bis 160 °C lagern. Bei Bedarf konditionieren Sie sie, indem Sie sie eine Stunde lang bei 230 °C backen. Lagern und backen Sie Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt außerdem separat.

Mischelektroden in einem Stabofen können nicht nur zu Verunreinigungen führen, sondern verschiedene Beschichtungsarten tragen auch unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte mit sich und erfordern für eine ordnungsgemäße Leistung unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte. Zelluloseelektroden benötigen beispielsweise eine bestimmte Menge Feuchtigkeit, um die vorgesehene Lichtbogenkraft zu liefern. Daher ist das Mischen von basischen und Zelluloseelektroden in einem Ofen für beide schädlich.

Eine E7018-Elektrode kann auch die Bezeichnung -1 tragen, was bedeutet, dass sie die versprochenen Charpy-V-Kerbschlageigenschaften bei -50 Grad Fahrenheit bietet, verglichen mit -20 Grad Fahrenheit bei Elektroden ohne -1. Diese Elektroden bieten eine außergewöhnliche Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Hinweis: Anstelle einer E7018-Elektrode kann eine E7018-1-Elektrode verwendet werden, das Umgekehrte gilt jedoch nicht.

Auch rostfreie Elektrodenbeschichtungen gibt es in drei Kategorien: EXXX-15, EXXX-16 und EXXX-17. Die -15 hinter der Grundlegierung weist auf eine Kalkgrundbeschichtung hin, die beträchtliche Mengen an Kalkstein und Flussspat enthält und eine schnell erstarrende Schlacke erzeugt, die das Schweißen in vertikaler und über Kopfposition erleichtert. Die Perle ist mäßig gewellt und leicht konvex; Letzteres kann bei stark beanspruchten Gelenken für den nötigen Sicherheitsspielraum sorgen.

Kalkgrundbeschichtungen sorgen für optimale mechanische Eigenschaften. Diese Elektroden werden üblicherweise zum Schweißen superaustenitischer und sehr nickelhaltiger Materialien in kryogenen Anwendungen wie LNG-Tanks und Druckgassystemen spezifiziert.

Leider weisen kalkhaltige Elektroden aufgrund der kugelförmigen Metallübertragung die schlechteste Schweißbarkeit auf, was die Kontrolle der Schweißpfütze erschwert. Mit einer leichten Schlagtechnik – vielleicht 1⁄8 Zoll Vorwärtsschritt und einer Pause – hilft das, die Pfütze aufzubauen. Kalkgrundlagen erfordern auch die Entfernung von Schlacke – immer ist ein Zerkleinern erforderlich – und können nur mit Gleichstrom-Elektrodenpositiv (DCEP) betrieben werden.

Ein -16 weist auf eine Grundbeschichtung vom Rutil-Typ hin, die dominante Mengen an Rutil, mittlere Mengen an Kalkstein und begrenzte Mengen an Flussspat enthält. Wenn man die Wahl hat, bevorzugen die meisten Bediener die Verwendung einer -16-Elektrode. Es sorgt für einen stabilen, gleichmäßigen Sprühübertragungsbogen und ein konvexes bis flaches Raupenprofil mit feinen Wellen und einer guten Seitenwandverschmelzung. Außerdem entsteht eine geringe Menge feiner Spritzer und eine Schlacke, die sich normalerweise von selbst löst.

Die -17-Elektroden enthalten mehr Silizium als die -16-Elektroden, wodurch ein flüssigeres Schweißbad entsteht, das sich am besten für das Schweißen in der flachen Position eignet. Vertikal- und Überkopfschweißen sind möglich, erfordern jedoch mehr Geschick des Bedieners als eine Kalkbasiselektrode, da die Schlacke nicht so schnell gefriert. Diese Elektroden werden mit DCEP oder Wechselstrom (AC) betrieben.

Edelstahlelektroden weisen normalerweise keine Wasserstoffrisse auf, es kann jedoch zu Porosität, übermäßigen Spritzern und schlechter Schlackenablösung kommen, wenn die Beschichtung Feuchtigkeit aufnimmt. Lagern Sie Ihre Edelstahlelektroden unbedingt bei 300 Grad Fahrenheit. Wenn Sie sie zu lange draußen lassen, können Sie die Elektroden aufbereiten, indem Sie sie ein bis sechs Stunden lang bei 600 bis 800 Grad Fahrenheit backen.

Verwechseln Sie das Auftragschweißen nicht mit einem Fügeverfahren. Beim Auftragschweißen wird ein härteres oder zäheres Metall auf das Grundmaterial aufgetragen. Auftragsschweißelektroden werden in drei Kategorien unterteilt: Eisenbasis, Nickelbasis und Kobaltbasis, die dann mit karbidbildenden Elementen wie Chrom, Wolfram, Molybdän und anderen Elementen legiert werden. Sie verfügen in der Regel über keine spezifischen AWS-Klassifizierungen, mit Ausnahme der standardmäßigen Kobaltlegierungen 1, 6, 12 und 21.

Im Gegensatz zu Verbindungselektroden handelt es sich bei Auftragsschweißelektroden um eine Sammlung proprietärer Legierungsformulierungen, die auf die Erfüllung spezifischer Anforderungen zugeschnitten sind. Sie werden auf drei Arten hergestellt: ein röhrenförmiger Stab, der mit einer Legierungsmischung gefüllt und dann in eine Beschichtung getaucht wird oder über die eine Beschichtung extrudiert wird; ein Kohlenstoffstahlstab, der mit einer Mischung aus Legierungen und Desoxidationsmitteln beschichtet ist; oder ein gegossener Kobaltstab mit einer darüber extrudierten Beschichtung.

Aufschweißelektroden, insbesondere solche mit rohrförmiger Bauweise, sind nicht zum Eindringen geeignet. Sie erfordern niedrigere Parameter für eine geringere Verdünnung und eine höhere Auftragseffizienz. Ein häufiger Fehler bei Rohrelektroden besteht darin, dass die Elektrode in das Werkstück eingedrängt wird und es dadurch zu einer Überhitzung kommt. Denken Sie daran, dass Auftragschweißelektroden anders funktionieren als eine E7018-SMAW-Elektrode. Sie haben eine eher kugelförmige Übertragung und erfordern eine längere Lichtbogenlänge.

Beim Auftragen von Auftragsschweißelektroden mit einem Stringer- oder Webraupenmuster entsteht aufgrund der Karbide, die sich während der Erstarrung in der Matrix des Schweißbades bilden, ein Kreuzrissmuster (Cross Check). Das ist normal. Eine Ausnahme besteht dann, wenn die Elektrode speziell für rissfreie Ablagerungen ausgelegt ist.

Halinson Campos ist Projektgeschäftsleiter – Zusatzwerkstoffe bei ESAB Welding & Cutting Products; Martin Denault ist Anwendungsingenieur und CWI bei Exaton, einer Marke von ESAB; Richard Cook ist leitender Produktmanager bei Stoody Co., einer Marke von ESAB, 2800 Airport Road, Denton, TX 76207, 800-372-2123.