Stabelektrodenschweißen erklärt: Ausrüstung, Prozess & Schritt-für-Schritt-Anleitung

Stabelektrodenschweißen wird durchgeführt, indem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer Metallelektrode und dem Werkstück gezündet wird. Ein elektrischer Strom fließt durch die Elektrode und schmilzt sie in das Werkstück, wodurch ein Schmelzbad entsteht. Die Elektrode ist mit einer Schicht Flussmittel überzogen, das schmilzt und das Schmelzbad vor Verunreinigung durch die Atmosphäre schützt.

Das Flussmittel bildet eine Schlackeschicht auf der Nahtperle, die nach Abschluss des Schweißens abgestemmt und abgebürstet werden muss. Es ist ein einfaches Verfahren, das bei Außenschweißern beliebt ist, da es – im Gegensatz zu MIG- und WIG-Schweißen, die Gasflaschen verwenden – nicht vom Wind beeinflusst wird.

Was ist Stabelektrodenschweißen (SMAW)?

Shielded Metal Arc Welding (SMAW), auch bekannt als Manual Metal Arc Welding (MMA oder MMAW), fluxgeschütztes Lichtbogenschweißen oder umgangssprachlich als Stabelektrodenschweißen, ist ein manuelles Lichtbogenschweißverfahren, das eine verbrauchbare, mit Flussmittel beschichtete Elektrode verwendet, um die Naht zu legen.

Ein elektrischer Strom, in Form von entweder Wechsel- oder Gleichstrom von einer Schweißstromquelle, wird verwendet, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und den zu verbindenden Metallen zu bilden. Werkstück und Elektrode schmelzen und bilden ein Schmelzbad aus flüssigem Metall, das abkühlt und eine Verbindung bildet.

Während die Naht gelegt wird, zersetzt sich die Flussbeschichtung der Elektrode, gibt Dämpfe ab, die als Schutzgas dienen, und bildet eine Schlackeschicht – beides schützt den Nahtbereich vor atmosphärischer Verunreinigung.

Aufgrund der Vielseitigkeit des Prozesses und der Einfachheit seiner Ausrüstung und Bedienung ist das geschützte Metall-Lichtbogenschweißen eines der weltweit ersten und beliebtesten Schweißverfahren.

Es dominiert andere Schweißverfahren in der Instandhaltungs- und Reparaturindustrie, und obwohl Fülldrahtschweißen an Popularität gewinnt, wird SMAW weiterhin umfangreich im Bau schwerer Stahlkonstruktionen und in der industriellen Fertigung eingesetzt. Der Prozess wird hauptsächlich zum Schweißen von Eisen und Stählen (einschließlich Edelstahl) verwendet, aber auch Aluminium, Nickel und Kupferlegierungen können mit dieser Methode geschweißt werden.

Was brauchen Sie zum Starten des Schweißens?

1. Sicherheitsausrüstung

Beim Schweißen ist die wichtigste Überlegung immer Ihre Sicherheit. Sie müssen alle Sicherheitsinformationen und Anweisungen in der Anleitung für jede Ausrüstung, die Sie beim Stabelektrodenschweißen verwenden, lesen und befolgen.

Beim Schweißen benötigen Sie Körperschutz vor Hitze, UV-Strahlung und Funken, die vom Lichtbogen erzeugt werden. Flammhemmende langärmelige Kleidung schützt Ihren Körper, und Sicherheitsbrille und Schweißhelm schützen Kopf und Augen.

Schweißen sollte nur durchgeführt werden, wenn eine angemessene Belüftung aufgrund der entstehenden Dämpfe vorhanden ist. Wenn Sie draußen im Wind sind, sind Sie in Ordnung, aber in Innenräumen benötigen Sie Belüftung. Absaugung ist der beste Weg, um Dämpfe aus dem Bereich zu entfernen.

2. Stabelektrodenschweißgerät

Ohne Stabelektrodenschweißgerät können Sie kein Stabelektrodenschweißen durchführen. Sie können entweder ein Mehrzweckschweißgerät verwenden, das Ihnen erlaubt, mehr als eine Art des Schweißens durchzuführen, z. B. MIG, WIG & Stick. Oder Sie können ein reines Stabelektrodenschweißgerät verwenden, das deutlich günstiger ist.

Es gibt viele Schweißgeräte auf dem Markt. Sehen Sie unseren vollständigen Leitfaden zur Auswahl eines Stabelektrodenschweißgeräts für weitere Hilfe.

3. Masseklemme (Ground Clamp)

Ihre Masseklemme wird normalerweise mit dem Schweißgerät geliefert. Sie sollte in das Stabelektrodenschweißgerät eingesteckt und an das Werkstück geklemmt werden.

4. Werkzeuge zur Schlackenentfernung

Stabelektrodenschweißen erzeugt Schlacke über Ihrer Naht. Aus diesem Grund müssen Sie die Naht nach dem Schweißen reinigen. Am besten verwenden Sie einen Schlackenmeißel und Hammer, um die Schlacke abzuklopfen, und bürsten danach mit einer Drahtbürste nach.

5. Elektrodenwahl

Es gibt Hunderte verschiedener Stabelektrodentypen, und Sie müssen den richtigen wählen, der zu Ihrem Schweißprojekt passt. Die beliebtesten sind 6010, 6011, 6012, 6013, 7014, 7024 und 7018.

Wenn Sie an Baustahl arbeiten, erledigt jede E60- oder E70-Elektrode den Job. 7018 sind wahrscheinlich die beliebtesten Elektroden von all diesen und erzeugen sehr starke Nähte, aber 6013 sind eine gute Wahl für Anfänger.

Um zu verstehen, welche Elektrode Sie wählen müssen, müssen Sie verstehen, was jede der 4 Zahlen bedeutet.

• Die ersten beiden Ziffern zeigen die minimale Zugfestigkeit. Beispiel: Eine Elektrode mit 60.000 psi Zugfestigkeit beginnt mit 60. Dies muss den Festigkeitseigenschaften des Grundwerkstoffs entsprechen.
• Die dritte Ziffer gibt an, in welchen Positionen die Elektrode beim Schweißen verwendet werden kann. Die Zahl 1 steht für die Fähigkeit, in jeder Position verwendet zu werden, während Zahl 2 nur in Flachposition verwendet werden kann.
• Die vierte Ziffer sagt Ihnen den Strom, den Sie für die Elektrode verwenden können, und die Beschichtung der Elektrode. Wir haben unten eine Referenztabelle dafür.

6. Stabelektrodenschweißen-Einrichtung (Setup)

Stabelektrodenschweißen ist eine ziemlich einfache Einrichtung. Denken Sie daran, dass Ihre Polaritätseinstellungen von der verwendeten Elektrode abhängen, also überprüfen Sie unbedingt, ob es AC/DC-/DC+ ist. Um zu beginnen, versuchen Sie einige 6013 Elektroden an DCEN an einer 3/16-Zoll (ca. 5 mm) Stahlplatte.

Wie Sie Ihre erste Stabelektrodenschweißnaht legen

Sie haben alles eingerichtet, jetzt sind Sie bereit, eine Naht zu legen. Stellen Sie sicher, dass alle Einstellungen korrekt sind, und nehmen Sie ein paar Stück Schrottmetall und legen Sie sie als Stoßnaht (Butt Joint) hin. Stabelektrodenschweißen erfordert etwas Geschick, daher ist es immer am besten, zuerst auf Schrottmetall zu üben, bevor Sie in ein echtes Projekt einsteigen.

Den Lichtbogen zünden (Striking the Arc)

Sobald die volle Elektrode im Elektrodenhalter sitzt, schalten Sie das Schweißgerät ein. Um den Lichtbogen zu zünden, setzen Sie die Spitze der Elektrode auf das Metall und ziehen Sie sie schnell darüber, als würden Sie ein Streichholz anzünden. Wenn der Lichtbogen entsteht, heben Sie die Elektrode sehr leicht an und ziehen Sie sie dann entlang des Metalls.

Klebt die Elektrode am Metall, lösen Sie sie durch eine leichte Drehung. Wenn der Lichtbogen erlischt, haben Sie die Elektrode zu hoch von der Oberfläche abgehoben und sollten sie niedriger halten. Sobald der Lichtbogen brennt, sollte er ein Geräusch wie bratendes Speck machen; klingt er laut und aggressiv, müssen Sie die Amperage herunterdrehen.

Die Elektrode führen (Moving the Electrode)

Sobald Sie den Lichtbogen gezündet haben, sollten Sie die Elektrode über die Naht führen, um das Schweißen durchzuführen. Bevor Sie die Elektrode bewegen, müssen Sie sie im richtigen Winkel halten, der zwischen 15 und 30 Grad zur Vertikalen liegt.

Stabelektrodenschweißen-Winkel

Sobald Sie den richtigen Winkel haben, müssen Sie die Elektrode langsam auf sich zuziehen. Sie können die Elektrode nicht schieben, weil die Schlacke in das Schmelzbad gelangt und Porosität verursacht.

Sie benötigen eine ruhige Hand; versuchen Sie, den anderen Ellenbogen auf dem Tisch abzustützen und die Hand, die die Elektrode hält, damit zu stabilisieren. Testen Sie es ein paar Mal und beheben Sie Probleme mithilfe des Fehlerbehebungsabschnitts am Ende dieses Beitrags.

Andere Schweißpositionen

Wenn Sie eine Kehlnaht an einem umgekehrten T-Schweißnäht (überkopf) schweißen, sollten Sie den Winkel auf etwa 35 Grad über dem Horizont einstellen. Das liegt daran, dass die Naht aufgrund der Schwerkraft leicht nach unten fallen würde, wenn der Winkel nicht angepasst wird, um die Perle gegen die Schwerkraft zurückzudrücken.

Je mehr Schlacke erzeugt wird, desto größeren Winkel benötigen Sie. Wenn Ihr Winkel zu klein ist, fällt die Schlacke in Ihr Schmelzbad und verursacht Nahtfehler.

Häufige Fehler und wie man sie reduziert

Wenn Sie mit Stabelektrodenschweißen beginnen, werden Sie wahrscheinlich einige Fehler machen, auch wenn Sie im MIG- oder WIG-Schweißen erfahren sind. Die häufigsten Fehler, die ich sehe, sind: zu langer Lichtbogen, falscher Ziehwinkel, falsche Schweißgeschwindigkeit und falsche Temperatur.

• Viele Spritzer: Es gibt viele Ursachen für übermäßige Spritzer beim Schweißen, eine der häufigsten ist ein zu langer Lichtbogen. Sie sollten die Elektrode nur sehr leicht über dem Werkstück halten, sonst kann der Lichtbogen nicht fokussieren und springt unregelmäßig herum, statt glatt zu sein. Wenn es Spritzer gibt und der Lichtbogen ein lautes Kreischen von sich gibt, haben Sie wahrscheinlich die Amperage zu hoch eingestellt und sollten sie herunterdrehen.
• Porosität: Eine der Hauptursachen für Porosität bei einer Stabelektrodenschweißnaht ist ein zu steiler Elektrodenwinkel. Wenn Sie die Schlacke nicht hinter dem Schmelzbad halten, indem Sie die Elektrode in einem Winkel zurückziehen, mischt sich die Schlacke in das Bad und verursacht Porosität.
• Unterschnitt (Undercut): Unterschnitt ist eine kleine Kerbe an der Nahtzehe zwischen Naht und Metallplatte, die die Naht schwächt. Wenn Sie Unterschnitt haben und die Naht ausgebrannt aussieht, versuchen Sie, die Amperage herunterzudrehen, weil sie zu heiß ist.
• Dünne Nahtperle: Die ideale Stabelektrodenschweißnahtperle wird ungefähr das 2,5-fache des Elektrodendurchmessers betragen. Wenn die Naht wirklich schmal ist, hat sie nicht ausreichende Durchdringung. Versuchen Sie, die Geschwindigkeit um etwa die Hälfte der Geschwindigkeit zu reduzieren, mit der Sie die Elektrode ursprünglich gezogen haben, und Sie sollten bessere Ergebnisse sehen.
• Klumpige Nahtperle: Wenn Sie die Elektrode zu langsam ziehen, häuft sich das Füllmaterial und wird klumpig. Eine andere Ursache ist zu niedrige Amperage, die die Durchdringung begrenzt und das Füllmaterial nur auf der Naht aufliegen lässt.
• Probleme beim Zünden des Lichtbogens: Wenn Sie Probleme haben, den Lichtbogen zu zünden, liegt es daran, dass er zu kalt ist, was einen schwachen Lichtbogen verursacht. Drehen Sie ihn um 15 Ampere hoch und sehen Sie, ob es leichter wird.

Fünf Schritte zur Verbesserung Ihrer Stabelektrodenschweißtechnik

Für viele Menschen, besonders diejenigen, die neu dabei sind oder vielleicht nicht jeden Tag schweißen, ist Stabelektrodenschweißen, auch bekannt als Shielded Metal Arc Welding (SMAW), einer der schwierigeren Prozesse zu erlernen. Erfahrene Schweißer, die einen Stinger aufnehmen, eine Elektrode einsetzen und immer wieder großartige Nähte legen, können großen Respekt einflößen. Sie machen es einfach aussehen.

Der Rest von uns mag damit kämpfen. Und wir müssen nicht, wenn wir auf fünf grundlegende Elemente unserer Technik achten: Stromeinstellung, Lichtbogenlänge, Elektrodenwinkel, Elektrodenführung und Vorschubgeschwindigkeit – kurz CLAMS (Current, Length, Angle, Manipulation, Speed). Die ordnungsgemäße Beachtung dieser fünf grundlegenden Bereiche kann Ihre Ergebnisse verbessern.

1. Vorbereitung (Pre-Preparation)

Während Stabelektrodenschweißen der nachsichtigste Prozess bei schmutzigem oder rostigem Metall sein mag, nutzen Sie das nicht als Ausrede, das Material nicht ordnungsgemäß zu reinigen. Verwenden Sie eine Drahtbürste oder Schleifer, um Schmutz, Dreck oder Rost vom zu schweißenden Bereich zu entfernen.

Das Ignorieren dieser Schritte verringert Ihre Chancen, beim ersten Mal eine gute Naht zu machen. Unsaubere Bedingungen können zu Rissen, Porosität, mangelnder Verschmelzung oder Einschlüssen führen. Während Sie dabei sind, stellen Sie sicher, dass Sie einen freien Platz für die Masseklemme haben. Eine gute, feste elektrische Verbindung ist wichtig, um die Lichtbogenqualität aufrechtzuerhalten.

Positionieren Sie sich so, dass Sie einen guten Blick auf das Schmelzbad haben. Für den besten Blick halten Sie Ihren Kopf seitlich versetzt und außerhalb der Schweißrauche, um sicherzustellen, dass Sie in der Naht schweißen und den Lichtbogen an der vorderen Kante des Schmelzbads halten. Stellen Sie sicher, dass Ihre Haltung es Ihnen ermöglicht, die Elektrode bequem zu stützen und zu führen.

Lassen Sie sich nicht entmutigen! Es gibt eine Lernkurve beim Stabelektrodenschweißen, von der viele glauben, dass es seinen Namen daher hat, weil beim Lernen des Schweißens jeder die Elektrode am Werkstück festklebt (stick).

2. Stromeinstellung (Current Setting)

Die von Ihnen gewählte Elektrode bestimmt, ob Ihr Gerät in DC positiv, DC negativ oder AC eingerichtet sein sollte. Stellen Sie sicher, dass es korrekt für Ihre Anwendung eingestellt ist. (Elektrodenpositiv bietet bei gegebener Amperage etwa 10 % mehr Durchdringung als AC, während DC Geradpolung, Elektrodennegativ, dünnere Metalle besser schweißt.)

Die korrekte Amperage-Einstellung hängt hauptsächlich vom Durchmesser und Typ der gewählten Elektrode ab. Der Elektrodenhersteller gibt normalerweise die Betriebsbereiche der Elektrode auf der Verpackung oder im beiliegenden Material an.

Wählen Sie Ihre Amperage basierend auf der Elektrode (eine Faustregel ist 1 Ampere pro 0,001 Zoll Elektrodendurchmesser), Schweißposition (ca. 15 % weniger Hitze für Überkopfarbeit im Vergleich zu Flachnaht) und visueller Inspektion der fertigen Naht. Justieren Sie Ihr Gerät in 5- bis 10-Ampere-Schritten, bis die ideale Einstellung erreicht ist.

3. Lichtbogenlänge (Length of Arc)

Die korrekte Lichtbogenlänge variiert mit jeder Elektrode und Anwendung. Als guter Ausgangspunkt sollte die Lichtbogenlänge den Durchmesser des metallischen Kerns der Elektrode nicht überschreiten. Beispiel: Eine 1/8-Zoll-6010-Elektrode wird etwa 1/8 Zoll vom Grundwerkstoff entfernt gehalten.

4. Elektrodenführung (Manipulation of Electrode)

Jeder Schweißer führt die Elektrode etwas anders. Entwickeln Sie Ihren eigenen Stil, indem Sie andere beobachten, üben und notieren, welche Techniken die besten Ergebnisse liefern. Beachten Sie, dass bei Material 1/4 Zoll (ca. 6 mm) und dünner das Weben der Elektrode typischerweise nicht nötig ist, da die Naht breiter wäre als notwendig. In vielen Fällen reicht ein gerader Stringer Bead.

Um eine breitere Naht auf dickerem Material zu erzeugen, führen Sie die Elektrode von Seite zu Seite und erzeugen eine kontinuierliche Reihe sich teilweise überlappender Kreise in einem „Z-“, Halbkreis- oder Stotterschritt-Muster. Begrenzen Sie die seitliche Bewegung auf das Zweifache des Kerndurchmessers der Elektrode. Um einen breiteren Bereich abzudecken, machen Sie mehrere Durchgänge oder verwenden Sie Stringer Beads.

Beim vertikalen Aufwärtsschweißen: Wenn Sie sich auf das Schweißen der Seiten der Naht konzentrieren, kümmert sich die Mitte von selbst. Bewegen Sie sich langsam genug über die Mitte der Naht, damit das Schmelzbad nachkommen kann, und pausieren Sie leicht an den Seiten, um einen festen Anschluss an die Seitenwand zu gewährleisten. Wenn Ihre Naht wie Fischschuppen aussieht, sind Sie zu schnell vorgegangen und haben nicht lange genug an den Seiten gehalten.

5. Vorschubgeschwindigkeit (Speed of Travel)

Ihre Vorschubgeschwindigkeit sollte es Ihnen erlauben, den Lichtbogen im vorderen Drittel des Schmelzbads zu halten. Zu langsames Fahren erzeugt eine breite, konvexe Naht mit flacher Durchdringung und der Möglichkeit von Kaltaufschweißung (Cold Lapping), bei der die Naht so aussieht, als läge sie nur auf der Materialoberfläche.

Übermäßig schnelle Vorschubgeschwindigkeiten verringern ebenfalls die Durchdringung, erzeugen eine schmalere und/oder stark gewölbte Naht und möglicherweise Unterfüllung oder Unterschnitt (Undercut), bei dem der Bereich außerhalb der Naht konkav oder eingesenkt ist. Achten Sie gegen Ende der Naht im Bild unten, wie die Naht inkonsistent erscheint, als ob das Schmelzbad versuche, nachzukommen.

Vorteile des Stabelektrodenschweißens

• Stabelektrodenschweißen ist tragbar. Ein kleines Stabelektrodenschweißgerät kann an dickem Metall arbeiten, ist nicht sehr schwer, und Sie benötigen keinen Drahtvorschub oder zusätzliche Ausrüstung wie eine Gasflasche.
• Stabelektrodenschweißen ist die beste Wahl für Außenbedingungen. Schweißen mit Gas liefert bei windigen Bedingungen keine guten Ergebnisse.
• Es ist leichter zu meistern als WIG-Schweißen, erfordert aber etwas Geschick.
• Sie können auf Metall mit Zunder oder Rost schweißen.

Nachteile des Stabelektrodenschweißens

• Es erfordert mehr Geschick als MIG, da Sie die Elektrode in einem bestimmten Abstand vom Metall halten müssen, während sie abschmilzt.
• Es erzeugt deutlich mehr Spritzer und Schlacke.
• Erhöhter Reinigungsaufwand führt zu geringerer Effizienz.
• Die Naht wird nicht so filigran oder hochwertig wie beim WIG-Schweißen.