Unterpulverschweißen (UP-Schweißen / SAW) erklärt: Umfassender Leitfaden

Was ist Unterpulverschweißen (SAW)?

Unterpulverschweißen (SAW) ist ein Fügeverfahren, das die Bildung eines elektrischen Lichtbogens zwischen einer kontinuierlich zugeführten Elektrode und dem zu schweißenden Werkstück umfasst. Eine Decke aus pulverförmigem Flussmittel umgibt und bedeckt den Lichtbogen und wird, wenn geschmolzen, zur elektrischen Leitung zwischen dem zu verbindenden Metall und der Elektrode.

Das erste SAW-Patent wurde 1935 angemeldet. Das Verfahren erfordert eine kontinuierlich zugeführte verbrauchbare massive oder röhrenförmige (metallgefüllte) Elektrode. Der flüssige Schweiß und die Lichtbogenzone werden durch „Untertauchen“ unter eine Decke aus körnigem, verschmelzbarem Flussmittel – bestehend aus Kalk, Silicium, Manganoxid, Calciumfluorid und anderen Verbindungen – vor atmosphärischer Kontamination geschützt.

Im geschmolzenen Zustand wird das Flussmittel leitend und stellt einen Strompfad zwischen Elektrode und Werkstück her. Diese dicke Flussmittelschicht bedeckt das flüssige Metall vollständig und verhindert so Spritzer und Funken sowie die intensive UV-Strahlung und Dämpfe, die beim Elektrodenhandschweißen (SMAW) auftreten.

Wie funktioniert Unterpulverschweißen?

Unterpulverschweißen (SAW) ist ein gängiges Lichtbogenschweißverfahren, das die Bildung eines Lichtbogens zwischen einer kontinuierlich zugeführten Elektrode und dem Werkstück umfasst. Eine Decke aus pulverförmigem Flussmittel erzeugt einen schützenden Gas-Schild und eine Schlacke (und kann auch Legierungselemente zum Schweißbad hinzufügen), die die Schweißzone schützt.

Schutzgas ist nicht erforderlich. Der Lichtbogen ist unter der Flussmitteldecke verborgen und während des Schweißens normalerweise nicht sichtbar. Dies ist eine gut etablierte und äußerst vielseitige Schweißmethode.

Die Elektrode kann ein massiver oder gefüllter Draht oder ein Streifen aus gesintertem Material sein. Das Flussmittel kann entweder durch Verschmelzen der Bestandteile zu einer glasschlacke (die dann zerkleinert wird zu Pulver) oder durch Agglomeration der Bestandteile mit Binder und Kornverfahren hergestellt werden. Die chemische Natur und Korngrößenverteilung des Flussmittels unterstützt die Lichtbogenstabilität und bestimmt die mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalls und die Form der Nahtwulst.

SAW wird meist als mechanisierter Prozess betrieben. Schweißstrom (typisch 300–1000 A), Lichtbogenspannung und Vorschubgeschwindigkeit beeinflussen Nahtform, Einbrandtiefe und chemische Zusammensetzung des abgeschiedenen Schweißmetalls. Da der Bediener das Schweißbad nicht beobachten kann, muss großes Vertrauen in Parameter-Einstellung und Positionierung des Fülldrahts gesetzt werden.

Obwohl SAW normalerweise mit einem Draht mit AC oder DC betrieben wird, gibt es Varianten: Einsatz von zwei oder mehr Drähten, Zugabe von gehacktem Draht in die Naht vor dem Schweißen, Zugabe von Metallpulver.

Zusätzliche Produktivität kann durch Zuführen eines dünnen, nicht leitenden Drahts in die vordere Kante des Schweißbads erzielt werden. Dies kann die Auftragsrate um bis zu 20 % steigern. Diese Varianten werden in spezifischen Situationen eingesetzt, um Produktivität durch Erhöhung der Auftragsrate und/oder Vorschubgeschwindigkeit zu verbessern. Ersetzt man den Draht durch einen 0,5 mm dicken, typisch 60 mm breiten Streifen, kann das Verfahren zum Auftragschweißen von Bauteilen genutzt werden.

Anwendungen des Unterpulverschweißens

Anwendungen des Unterpulverschweißens umfassen:

• Schweißen von Druckbehältern wie Kesseln.
• Viele Konstruktionsbauarten, Rohre, Erdbewegungsmaschinen, Schiffbau, Eisenbahnbau, Lokomotiven.
• Reparatur von Maschinenteilen.

Vorteile des Unterpulverschweißens

Einige Vorteile des Unterpulverschweißens:

• Starke, gesunde Schweißnähte lassen sich leicht erzeugen
• Minimale Schweißrauchemission
• Minimale Lichtbogenstrahlung
• SAW geeignet für Innen- und Außenarbeiten
• Weniger Verzug
• Tiefer Einbrand
• Minimale Nahtvorbereitung
• Hohe Auftragsraten möglich
• Dicke Materialien schweißbar
• Mindestens die Hälfte oder mehr des Flussmittels ist rückgewinnbar

Nachteile des Unterpulverschweißens

Trotz der guten Vorteile gibt es auch Einschränkungen:

• Begrenzt auf einige ferritische Metalle wie Stahl und rostfreier Stahl
• Auch begrenzt auf lange gerade Nähte oder rotierte Rohre und Behälter
• Unterlegscheiben (Backing strips) für ordnungsgemäßen Einbrand erforderlich
• Begrenzt auf hohe Materialdicken