Kohlenstoffbogenschweißen: Prozess, Ausrüstung & moderne Anwendungen

Was ist Kohlenstoffbogenschweißen?

Kohlenstoffbogenschweißen (CAW) ist ein Verfahren, das die Verschmelzung von Metallen durch Erhitzen mit einem Lichtbogen zwischen einer nicht verbrauchbaren Kohlenstoff-(Graphit-)Elektrode und dem Werkstück bewirkt. Beim Kohlenstoffbogenschweißen wird eine Kohlenstoffelektrode verwendet, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und den zu verbindenden Materialien zu erzeugen.

Es war das erste entwickelte Lichtbogenschweißverfahren, wird heute jedoch für wenige Anwendungen genutzt, da es durch Zweikohlenstoffbogenschweißen und andere Varianten ersetzt wurde. Der Zweck des Lichtbogenschweißens ist die Schaffung einer Verbindung zwischen getrennten Metallen. Dieser Lichtbogen erzeugt Temperaturen über 3000 °C. Bei dieser Temperatur verbinden sich die getrennten Metalle und werden miteinander verschweißt.

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Die Geschichte dahinter

Kohlenstoffbogenschweißen ist ohne elektrischen Lichtbogen unmöglich. 1800 entdeckte Sir Humphry Davy den elektrischen Lichtbogen. Später entdeckten Nikolaj Benardos und Stanislaw Olszewski 1881 (nicht 1981) das CAW-Verfahren. Anfangs hieß dieser Schweißprozess „Elektrogefest“.

Ausrüstung

• Elektrode: Der Durchmesser der in diesem Prozess verwendeten Elektrode liegt bei ca. 3 bis 22 mm.
• Stromquelle: Im CAW-Prozess werden Gleichstrom-Schweißmaschinen als Stromquelle verwendet. Diese können Drehstrom- oder Gleichrichtertyp sein.
• Elektrodenhalter: Man könnte fragen: Verwendet man den herkömmlichen Elektrodenhalter beim CAW? Nein. Da die Temperaturen in diesem Prozess sehr hoch sind, kann der traditionelle Elektrodenhalter nicht verwendet werden.

Funktionsweise des Kohlenstoffbogenschweißens

Ein elektrischer Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und dem Grundwerkstoff erzeugt. Die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme schmilzt das Grundmetall. Nach Erstarren des flüssigen Metalls entsteht der gewünschte Schweiß im betreffenden Bereich. Die Elektrodengröße kann je nach erzeugtem Strom variiert werden.

Eine Variante des CAW ist das Zweikohlenstoffbogenschweißen (TCAW). TCAW unterscheidet sich leicht vom CAW.

Beim TCAW wird eine spezielle Elektrodenart verwendet. TCAW ist so ausgelegt, dass eine Kohlenstoffelektrode beweglich ist und die andere berühren kann, um den Lichtbogen zu erzeugen.

Beim Zweikohlenstoffbogenschweißen wird Wechselstrom verwendet. Zudem sollten die Elektroden im TCAW gleichmäßig abbranden.

Vorteile des Kohlenstoffbogenschweißens

• Geringe Kosten für Ausrüstung und Schweißbetrieb.
• Kein hohes Bedienkönnen erforderlich.
• Prozess leicht automatisierbar.
• Geringer Verzug des Werkstücks.

Nachteile des Kohlenstoffbogenschweißens

• Instabile Schweißqualität (Porosität).
• Kohlenstoff der Elektrode verunreinigt das Schweißmaterial mit Karbiden.