Lichtbogenschweißen (Arc Welding) erklärt: Verfahren, Funktion & Vergleich

Was ist Lichtbogenschweißen?

Lichtbogenschweißen (Arc Welding) ist ein Sammelbegriff für Fügeverfahren, bei denen ein elektrischer Lichtbogen als Wärmequelle dient, um Metalle zu schmelzen und nach dem Erstarren einen metallurgischen Verbund zu schaffen. Eine Schweißstromquelle erzeugt den Bogen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück. Temperaturen von ca. 3.600–6.500 °C (6.500–11.700 °F) schmelzen Grund- und Zusatzwerkstoff.

Der Schmelzbad wird vor atmosphärischer Kontamination (O₂, N₂, H) durch Schutzgas, Schlacke oder Dampf abgeschirmt. Verfahren können manuell, mechanisiert, teil- oder vollautomatisch (Roboter) ausgeführt werden.

Entwickelt Ende 19. Jh. (Nikolai Benardos, Stanislaw Olszewski – Kohlebogen; 1890 Metallbogen), industrielle Reife im Schiffbau (WK II). Heute Standard für Stahlbau, Fahrzeugbau, Rohrleitungen, Apparatebau, Offshore, Energieanlagen.

Weiterführend: Was ist Schweißen?

Wie funktioniert Lichtbogenschweißen physikalisch?

1. Masseanschluss: Werkstück mit Masseklemme an Stromquelle (– Pol).
2. Elektrode ansetzen: Elektrode (Draht, Stab, Wolfram) an Werkstück ansetzen → Kurzschluss.
3. Bogen zünden: Elektrode abheben → Lichtbogen entsteht durch Gasisolationsdurchbruch (Plasma). Strom fließt durch ionisierten Gasstrom.
4. Schmelzen: Bogenenergie schmilzt Elektrode (bei verbrauchbaren) und Werkstückkanten → Schmelzbad.
5. Führen: Bogen entlang der Naht führen (manuell/mechanisch). Zusatzwerkstoff wird zugeführt (Draht, Stab) oder nicht (WIG/Plasma).
6. Schutz: Gas (Ar, CO₂, Mischungen), Schlacke (Umhüllung Stab/Fülldraht) oder Dampf schützt Bad.
7. Erstarren: Nach Bogenende erstarrt Schmelze → Schweißnaht mit metallurgischer Bindung.

Die Elektrode kann verbrauchbar (schmilzt mit, wird Zusatzwerkstoff) oder nicht-verbrauchbar (Wolfram, schmilzt nicht) sein.

Gleichstrom (DC) vs. Wechselstrom (AC)

Merkmal	DC (Gleichstrom)	AC (Wechselstrom)
Bogenstabilität	Sehr stabil, ruhiger Bogen	Unruhiger, Bogen löscht bei Nulldurchgang
Polung	DC+ (Elektrode +) = tiefer Einbrand (Stab, MIG, FCAW) DC– (Elektrode –) = höhere Abschmelzleistung, weniger Einbrand	Keine feste Polung, symmetrisch
Magnetische Ablenkung (Arc Blow)	Kann bei DC+ auftreten (Restmagnetismus)	Kein Arc Blow
Hauptanwendung	Fast alle Verfahren (Stab, MIG, MAG, FCAW, WIG-DC, SAW)	WIG-Aluminium (Oxidschichtdurchbruch), WIG-Magnesium, Elektrodenhandschweißen (bestimmte Umhüllungen), Unterwasser
Stromquelle	Gleichrichter/Inverter	Transformator/Inverter mit AC-Funktion

Fazit: DC ist Standard. AC nur für spezifische Anwendungen (Al-WIG, Arc Blow-Vermeidung, spez. Stäbe).

Übersicht der Lichtbogenschweißverfahren

Klassifikation nach Elektrodenverbrauch (ISO 4063 / AWS):

Elektrodentyp	Verfahren (ISO 4063 / Kurzname)	Schutz	Typische Anwendung
Nicht verbrauchbar (Wolfram)	141 – WIG (GTAW)	Inertes Gas (Ar, He, Mischungen)	Präzision, Dünnblech, Al, Edelstahl, Wurzellagen, Optik
	15 – Plasmaschweißen (PAW)	Inertes Gas (Ar, Ar/He, Ar/H₂)	Hohe Energiekonzentration, Mikroschweißen, Schlüsselloch (Keyhole), Rohre
Verbrauchbar (Draht/Stab)	111 – Elektrodenhandschweißen (SMAW/MMA)	Schlacke (Stabumhüllung) + Gas	Universal, Baustelle, Freiluft, Reparatur, Dickwand, alle Positionen
	131 – MIG (GMAW inert)	Inertes Gas (Ar, He)	Al, Cu, Ni, Ti, Nichteisen
	135 – MAG (GMAW aktiv)	Aktives Gas (CO₂, Ar/CO₂, Ar/CO₂/O₂)	Baustahl, niedrigleg. Stähle, Hochleistung, Automatisierung
	136 – Fülldrahtschweißen (FCAW)	Gas (FCAW-G) oder selbstschützend (FCAW-S)	Hohe Ablagerung, Dickwand, Freiluft (FCAW-S), alle Positionen
	12 – UP-Schweißen (SAW)	Granuliertes Flussmittel (Schlacke + Gas)	Lange Nähte, Dickwand, Behälter, Rohre, automatisiert, nur Flachlage
14 – Elektroschlackenschweißen (ESW)	Schlackebad (elektrisch leitend)	Sehr dicke Platten (> 50 mm), senkrecht, Einlagen-Schweißen

Wichtige Verfahren im Detail

1. Elektrodenhandschweißen (SMAW / MMA / Stick Welding) – ISO 111

Ältestes, vielseitigstes Lichtbogenverfahren. Umhüllter Stabelektrode (Kernleiter + Umhüllung). Umhüllung bildet Schutzgas + Schlacke + Legierungselemente. Kein externes Gas nötig. Alle Positionen, windunempfindlich, günstig. Nachteil: Niedrige Abschmelzleistung, häufiger Elektrodenwechsel, Schlacke entfernen, Wasserstoffgefahr (basische Stäbe: Trocknen!).

2. MIG/MAG-Schweißen (GMAW) – ISO 131/135

Endlosdraht, Schutzgas. Siehe separaten Artikel MIG/MAG-Schweißen erklärt. Hohe Produktivität, gut automatisierbar, windempfindlich.

3. WIG-Schweißen (GTAW) – ISO 141

Wolfram-Elektrode (nicht verbrauchbar), Inertgas, Zusatzdraht manuell/mechanisch zugeführt. Sauberste Nähte, keine Spritzer, volle Kontrolle über Bad. Standard für Edelstahl, Al, Ni, Ti, Wurzellagen, Druckbehälter, Rohrleitungen. Langsam, hohe Fertigkeit, windempfindlich.

4. Fülldrahtschweißen (FCAW) – ISO 136

Rohrförmige Drahtelektrode mit Flussmittelkern. FCAW-G: externes Gas + Flussmittel (hohe Ablagerung, gute Badkontrolle). FCAW-S: selbstschützend (kein Gas, windtauglich). Hohe Abschmelzleistung, gute Spaltüberbrückung, alle Positionen. Mehr Spritzer, Schlacke, Rauch.

5. Plasmaschweißen (PAW) – ISO 15

Verengter Lichtbogen durch Wasserdüse → extrem hohe Energiekonzentration. Keyhole-Modus (Durchdringung) für Nahtvorbereitung ohne Fase. Hohe Geschwindigkeit, präzise, automatisierungsfreundlich. Anwendungen: Rohre, Dünnblech, Medizintechnik, Luftfahrt.

6. UP-Schweißen (SAW) – ISO 12

Lichtbogen unter Granulat-Flussmittel verborgen. Kein Sichtbogen, keine Strahlung, keine Spritzer. Sehr hohe Ablagerungsleistung (bis 20 kg/h+), tiefe Einbrand, hervorragende Nahtqualität. Nur Flach-/Bootslage (PA/1G, PB/2F). Standard für Längsnähte an Rohren, Behälterböden, Schiffswände, Brücken.

7. Elektroschlackenschweißen (ESW) – ISO 14

Für sehr dicke Platten (> 50 mm) in senkrechter Stellung (Vertikal-up). Lichtbogen startet, dann durch leitende Schlacke ersetzt. Wassergekühlte Kupferschuhe begrenzen das Bad. Ein-Lagen-Schweißen von Dickwandverbindungen (Druckbehälter, Reaktordruckbehälter, Schiffsrumpf).

Anwendungsbereiche nach Branchen

• Stahl- & Brückenbau: MAG, UP, FCAW – Träger, Knoten, Ortsschweißen (SMAW/FCAW-S).
• Schiffbau: Panel-Linien (SAW, MAG-Roboter), Blockfertigung, Ausrüstung (SMAW/FCAW).
• Fahrzeugbau: Karosserie (MIG/MAG, Widerstandsschweißen), Rahmen (MAG, FCAW), Abgasanlagen (WIG/MAG Edelstahl).
• Rohrleitungs- & Apparatebau: WIG-Wurzeln, MAG/FCAW-Fülldecken, SAW-Längsnähte. Druckgeräterichtlinie (PED), AD 2000, ASME IX.
• Offshore & Energie: Windkraftfundamente (SAW, FCAW), ÖL/Gas-Pipelines (SMAW, FCAW, SAW), Kernkraft (ESW, SAW, WIG).
• Luftfahrt: WIG (Ti, Ni, Al), EB-PBF (AM), Laserschweißen – höchste Qualitätsanforderungen (NAS 410, EN 9100).
• Reparatur & Instandhaltung: SMAW (universell), FCAW-S (Freiluft), MIG/MAG (Werkstatt).

Elektroden & Stäbe – Auswahl & Kennzeichnung

Bei verbrauchbaren Elektroden (Stäbe, Massivdraht, Fülldraht) ist die Werkstoffübereinstimmung (oder gezielte Überlegierung) entscheidend. Normierung:

• Stabelektroden (SMAW): EN ISO 2560-A (z. B. E 42 0 B 12 H5 → Festigkeit 420 MPa, Zähigkeit 0 °C, basisch, Ø 1,2–5 mm, H₂ < 5 ml/100g). Zellentypisch: Zellulose (tiefe Einbrand, zwangspositionstauglich), Basisch (zäh, wasserstoffarm), Rutile (leichte Handhabung, schönes Nahtbild).
• Massivdrähte (GMAW): EN ISO 14341 (z. B. G3Si1, G4Si1).
• Fülldrähte (FCAW): EN ISO 17632 (z. B. T 42 0 P M 1 H5).
• WIG-Zusatzstäbe: EN ISO 636 (z. B. W 3Si1, W 19 9 L).

Wichtig: Stäbe/Draht trocken lagern (basisch: 120–150 °C, 1–2 h vor Gebrauch). Feuchtigkeit → Wasserstoff → Kaltverformungsrisse.

Vorteile des Lichtbogenschweißens (gesamt)

• Hohe Schweißgeschwindigkeit (insb. MAG, FCAW, SAW).
• Einfache, robuste Ausrüstung (bes. SMAW).
• DC & AC nutzbar.
• Sehr hohe Temperaturen → Schweißen hochfester Stähle.
• Geringe Rauch/Spritzer (WIG, SAW, PAW).
• Portabel (Inverter-Geräte < 10 kg).
• Starke, zähe Verbindungen (metallurgische Bindung).
• Geringer Verzug bei richtiger Technik (Wechseln, Vorspannen).
• Hohe Korrosionsbeständigkeit bei passendem Zusatzwerkstoff.
• Schweißen auf verschmutztem/porösem Metall möglich (SMAW, FCAW-S).
• Günstige Gerätekosten (Einstieg).
• Unabhängig vom Netz (Generator-Betrieb möglich).
• Ästhetische Nahtgestaltung möglich (WIG, PAW).
• Gute Kerbschlagzähigkeit (basische Systeme).
• Nahtdesign auf Feinblech möglich (WIG, Puls-MAG).
• In jeder Atmosphäre durchführbar (mit passendem Verfahren).

Nachteile & Limitationen

• Fachkraft erforderlich (Ausbildung, Prüfung nach EN ISO 9606 / ASME IX).
• Reaktive Metalle (Reintitan, Zirkonium, Tantal) nur im Schutzgas-Schrank / Glovebox (WIG/PAW) – nicht im offenen Lichtbogen.
• Dünnste Bleche (< 0,5–0,8 mm) schwierig (Durchbrand) – besser Laserschweißen, Widerstandsschweißen.
• Hohe Fertigkeit für Qualitätsnähte (bes. WIG, Überkopf, Zwangspositionen).
• Materialverlust (Stummel, Spritzer, Schlacke) → Kosten.
• Wärmeeinflusszone (HAZ) mit Gefügeänderung, Härtung, Spannungen.

Häufige Fragen (FAQ)

Was sind die 4 Hauptverfahren im Handschweißen?

SMAW (Stick), GMAW (MIG/MAG), GTAW (WIG), FCAW (Fülldraht) – decken 90 % der handgeführten Anwendungen ab.

Was ist der Unterschied zwischen Lichtbogenschweißen und MIG?

MIG ist ein Lichtbogenschweißverfahren (Untergruppe). Lichtbogenschweißen ist der Oberbegriff.

Ist Lichtbogenschweißen stärker als MIG?

Unsinnige Frage – MIG ist Lichtbogenschweißen. Vergleich: SMAW (Stick) vs. MIG: SMAW oft tieferer Einbrand pro Lage bei Dickwand → subjektiv „stärker“ empfunden. MIG: höhere Produktivität, sauberer, besser für Dünnwand. Festigkeit: beide ≥ Grundwerkstoff bei richtiger Ausführung.

Welches Schweißverfahren ist das stärkste?

WIG (GTAW) liefert reinste, feinste Gefüge, höchste Zähigkeit, keine Schlackeneinschlüsse → oft höchste statische & dynamische Festigkeit. Aber: Langsam, teuer. „Stärkste Naht“ = die, die für die beanspruchte Zone richtig dimensioniert & ausgeführt ist.

Ist Lichtbogenschweißen dasselbe wie Stabschweißen?

Ja, SMAW = Stabschweißen = Elektrodenhandschweißen = MMA (Manual Metal Arc). Alles Synonyme für ISO 111.

Was ist das einfachste Schweißverfahren zum Lernen?

MIG/MAG (GMAW) – Synergiegerät, Drahtvorschub, Gas → „Point & Shoot“. WIG erfordert Koordination (Fußpedal, Zusatzdraht, Brenner). SMAW erfordert Bogenlängenkontrolle & Elektrodenwechsel.

DC oder AC – was ist besser?

DC für 95 % der Anwendungen: stabiler, weniger Spritzer, tieferer Einbrand (DC+), keine Arc-Blow-Probleme bei richtiger Masseführung. AC nur für Al-WIG, spez. Stäbe, Arc Blow.

Warum klebt die Elektrode beim Stabschweißen?

Zu niedriger Strom / zu kurze Bogenlänge → Schmelze verbindet Elektrode mit Bad statt abzutropfen. Abhilfe: Strom hoch, Bogenlänge ~ Draht-Ø, ruckartig anreißen.