Kohlenstoffbogenschweißen verstehen: Ausrüstung, Prozess und Anwendungen

Was ist Kohlenstoffbogenschweißen?

Kohlenstoffbogenschweißen (CAW) ist ein Verfahren, das das Zusammenschmelzen von Metallen durch Erhitzen mit einem Lichtbogen zwischen einer nicht verbrauchbaren Kohlenstoff-(Graphit-)Elektrode und dem Werkstück bewirkt. Beim Kohlenstoffbogenschweißen erzeugt eine Kohlenstoffelektrode einen elektrischen Bogen zwischen Elektrode und den zu verbindenden Materialien.

Es war der erste entwickelte Lichtbogenschweißprozess, wird heute jedoch für wenige Anwendungen genutzt, da er durch Zwillings-Kohlenstoffbogenschweißen und andere Varianten ersetzt wurde. Zweck des Lichtbogenschweißens ist die Bildung einer Verbindung zwischen getrennten Metallen. Dieser Bogen erzeugt Temperaturen über 3000 °C. Bei dieser Temperatur bilden die getrennten Metalle eine Verbindung und werden verschweißt.

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Der historische Hintergrund

Kohlenstoffbogenschweißen ist ohne elektrischen Lichtbogen unmöglich. 1800 entdeckte Sir Humphry Davy den elektrischen Lichtbogen. Später entdeckten Nikolay Benardos und Stanislaw Olszewski 1881 (nicht 1981) den CAW-Prozess. Zunächst wurde diesem Schweißverfahren der Name „Elektrogefest“ gegeben.

Ausrüstung

• Elektrode: Der Durchmesser der verwendeten Elektrode beträgt ca. 3 bis 22 mm.
• Stromquelle: Im CAW-Prozess werden Gleichstrom-Schweißmaschinen als Stromquelle verwendet. Diese können Drehstrom- oder Gleichrichtertyp sein.
• Elektrodenhalter: Frage: Verwendet man den herkömmlichen Elektrodenhalter beim CAW? Nein. Da die Temperaturen extrem hoch sind, kann der konventionelle Elektrodenhalter nicht verwendet werden.

Funktionsweise des Kohlenstoffbogenschweißens

Ein elektrischer Lichtbogen wird zwischen Elektrode und Grundmetall erzeugt. Die durch den Lichtbogen erzeugte Hitze schmilzt das Grundmetall. Nach Erstarren des Schmelzguts entsteht der gewünschte Schweißnaht im vorgegebenen Bereich. Die Elektrodengröße kann je nach erzeugtem Strom variiert werden.

Eine Variante des CAW ist das Zwillings-Kohlenstoffbogenschweißen (TCAW). TCAW unterscheidet sich leicht vom CAW.

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

Beim Zwillings-Kohlenstoffbogenschweißen wird Wechselstrom verwendet. Zudem sollten die Elektroden im TCAW gleichmäßig abbranden.

Vorteile des Kohlenstoffbogenschweißens

• Niedrige Ausrüstungs- und Betriebskosten.
• Kein hohes Bedienerkönnen erforderlich.
• Prozess leicht automatisierbar.
• Geringe Werkstückverformung.

Nachteile des Kohlenstoffbogenschweißens

• Instabile Schweißnahtqualität (Porosität).
• Kohlenstoff der Elektrode verunreinigt Schweißgut mit Karbiden.