Stabschweißen (SMAW) erklärt: Ausrüstung, Techniken und Schritt-für-Schritt-Anleitung

Stabschweißen 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 Schweißpool entsteht. Die Elektrode ist mit einer Flussmittelschicht überzogen, die schmilzt und den Schweißpool vor Verunreinigung durch die Atmosphäre schützt.

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

Was ist Stabschweißen (SMAW)?

Lichtbogenschweißen mit Stabelektroden (SMAW), auch bekannt als manuelles Metall-Lichtbogenschweißen (MMA oder MMAW), flussmittelgeschütztes Lichtbogenschweißen oder umgangssprachlich als Stabschweißen, ist ein manuelles Lichtbogenschweißverfahren, das eine verbrauchbare, mit Flussmittel beschichtete Elektrode verwendet, um die Schweißnaht abzulegen.

Ein elektrischer Strom, in Form von entweder Wechselstrom oder Gleichstrom von einer Schweißstromquelle, wird verwendet, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und den zu verbindenden Metallen zu bilden. Das Werkstück und die Elektrode schmelzen und bilden einen Pool aus geschmolzenem Metall (den Schweißpool), der abkühlt, um eine Verbindung zu bilden.

Während die Schweißnaht abgelegt wird, zersetzt sich die Flussmittelbeschichtung der Elektrode und gibt Dämpfe ab, die als Schutzgas dienen und eine Schlackeschicht bilden, die beide den Schweißbereich vor atmosphärischer Verunreinigung schützen.

Aufgrund der Vielseitigkeit des Prozesses und der Einfachheit seiner Ausrüstung und Bedienung ist das Lichtbogenschweißen mit Stabelektroden eines der weltweit ersten und beliebtesten Schweißverfahren.

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

Was brauchen Sie, um mit dem Schweißen zu beginnen?

1. Sicherheitsausrüstung

Beim Schweißen ist die wichtigste Überlegung immer Ihre Sicherheit. Sie müssen alle Sicherheitsinformationen und Anweisungen lesen und befolgen, die im Handbuch für jede Ausrüstung bereitgestellt werden, die Sie beim Stabschweißen verwenden.

Beim Schweißen benötigen Sie Körperschutz, um vor der Hitze, den ultravioletten Strahlen und den Funken geschützt zu werden, die durch den Lichtbogen erzeugt werden. Feuerfeste langärmelige Kleidung schützt Ihren Körper, und eine Schutzbrille und ein Schweißhelm schützen Ihren Kopf und Ihre Augen.

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

2. Stabschweißgerät

Sie können kein Stabschweißen ohne ein Stabschweißgerät durchführen. Sie können entweder ein Mehrzweckschweißgerät verwenden, das es Ihnen ermöglicht, mehr als eine Art des Schweißens durchzuführen, z. B. MIG/MAG, WIG & Stab. Oder Sie können ein reines Stabschweißgerät verwenden, das viel günstiger ist.

Es gibt viele Schweißgeräte auf dem Markt. Sie können unseren vollständigen Leitfaden zur Auswahl eines Stabschweißgeräts für weitere Hilfe dazu einsehen.

3. Masseklemme

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

4. Schlackenentfernungs-Werkzeuge

Stabschweißen erzeugt Schlacke über Ihrer Schweißnaht. Aus diesem Grund müssen Sie die Schweißnaht nach dem Fertigstellen reinigen. Am besten verwenden Sie einen Schlackenhammer und Meißel, um die Schlacke abzuklopfen, und bürsten anschließend mit einer Drahtbürste nach.

5. Wahl Ihrer Elektrode

Es gibt hunderte verschiedene Arten von Stabelektroden, und Sie müssen die richtige wählen, die zu Ihrem Schweißprojekt passt. Die beliebtesten sind 6010, 6011, 6012, 6013, 7014, 7024 und 7018.

Wenn Sie an Baustahl arbeiten, wird jede E60- oder E70-Elektrode den Job erledigen. 7018 sind wahrscheinlich die beliebteste Elektrode von all diesen und erzeugen wirklich starke Schweißnähte, aber 6013 sind eine gute Wahl für Anfänger.

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

• Die ersten beiden Ziffern zeigen die Mindestzugfestigkeit. Beispielsweise hat eine Elektrode mit 60.000 psi Zugfestigkeit eine 60 am Anfang. 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 auf der Elektrode. Wir haben unten eine Referenztabelle dafür.

6. Stabschweißen-Einrichtung

Stabschweißen ist eine ziemlich unkomplizierte 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 DC- an einer 3/16-Zoll-Stahlplatte (ca. 5 mm).

Wie man seine erste Stabschweißnaht legt

Also, Sie haben alles eingerichtet, jetzt sind Sie bereit, eine Schweißnaht zu legen. Stellen Sie sicher, dass alle Einstellungen korrekt sind, und nehmen Sie ein paar Stücke Schrottmetall und legen Sie sie als Stumpfnaht (Butt Joint) hin. Stabschweißen erfordert etwas Geschick, daher ist es immer am besten, zuerst an etwas Schrottmetall zu üben, bevor Sie hineinspringen und versuchen, an einem echten Projekt zu schweißen.

Zünden des Lichtbogens

Sobald die volle Elektrode im Elektrodenhalter ist, 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.

Wenn die Elektrode am Metall kleben bleibt, brechen Sie sie durch eine leichte Drehung ab. 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 brutzendenden Speck machen; wenn er laut und aggressiv klingt, müssen Sie die Stromstärke verringern.

Führen der Elektrode

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

Stabschweißen-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 den Schweißpool eingeschlossen wird und Porosität verursacht.

Sie müssen eine ruhige Hand behalten, also versuchen Sie, Ihren anderen Ellenbogen auf dem Tisch abzustützen und die Hand, die die Elektrode hält, zu stabilisieren. Testen Sie es ein paar Mal und beheben Sie Probleme mithilfe des Abschnitts zur Fehlerbehebung am Ende dieses Beitrags.

Andere Schweißpositionen

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

Je mehr Schlacke erzeugt wird, desto größer muss der Winkel sein. Wenn Ihr Winkel zu klein ist, fällt die Schlacke in Ihren Schweißpool und verursacht Schweißfehler.

Häufige Fehler und wie man sie reduziert

Wenn Sie mit dem Stabschweißen beginnen, werden Sie wahrscheinlich einige Fehler machen, auch wenn Sie in MIG/MAG oder WIG 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 zu viele 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, anstatt glatt zu sein. Wenn es Spritzer gibt und der Lichtbogen ein lautes Quietschen von sich gibt, haben Sie wahrscheinlich die Stromstärke zu hoch eingestellt und sollten sie verringern.
• Porosität: Eine der Hauptursachen für Porosität bei einer Stabschweißnaht ist ein zu steiler Elektrodenwinkel. Wenn Sie die Schlacke nicht an der Rückseite des Schweißpools halten, indem Sie die Elektrode in einem Winkel zurückziehen, wird sich die Schlacke in den Pool mischen und Porosität verursachen.
• Unterschnitt (Undercut): Unterschnitt ist eine kleine Kerbe an der Nahtkante zwischen der Schweißnaht und der Metallplatte, die die Schweißnaht schwächt. Wenn Sie Unterschnitt haben und die Schweißnaht ausgebrannt aussieht, versuchen Sie, die Stromstärke zu verringern, weil es zu heiß ist.
• Dünne Schweißperle: Die ideale Stabschweißperle wird etwa das 2,5-fache des Elektrodendurchmessers betragen. Wenn die Schweißnaht wirklich schmal ist, wird sie nicht ausreichend Penetration haben. Versuchen Sie, die Geschwindigkeit um etwa die Hälfte der Geschwindigkeit zu verringern, mit der Sie die Elektrode ursprünglich gezogen haben, und Sie sollten bessere Ergebnisse sehen.
• Buckelige Schweißperle: Wenn Sie die Elektrode zu langsam ziehen, wird sich das Füllmaterial auftürmen und buckelig sein. Eine andere Ursache ist eine zu niedrige Stromstärke, die die Penetration begrenzt und bewirkt, dass das Füllmaterial einfach auf der Naht sitzt.
• Probleme beim Zünden des Lichtbogens: Wenn Sie Probleme beim Zünden des Lichtbogens haben, liegt das daran, dass es zu kalt ist, was einen schwachen Lichtbogen verursacht. Versuchen Sie, es um 15 Ampere zu erhöhen und sehen Sie, ob es einfacher wird.

Fünf Schritte zur Verbesserung Ihrer Stabschweißtechnik

Für viele Menschen, besonders diejenigen, die neu dabei sind oder vielleicht nicht jeden Tag schweißen, ist Stabschweißen, auch bekannt als Lichtbogenschweißen mit Stabelektroden (SMAW), einer der schwierigeren Prozesse zum Erlernen. Erfahrene Schweißer, die einen Stinger aufnehmen, eine Elektrode einlegen und immer wieder großartige Schweißnähte legen können, erwehren großen Respekt. 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 – oder CLAMS (Current, Length, Angle, Manipulation, Speed), kurz. Die ordnungsgemäße Berücksichtigung dieser fünf grundlegenden Bereiche kann Ihre Ergebnisse verbessern.

1. Vorbereitung

Obwohl Stabschweißen 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 einen Winkelschleifer, um Schmutz, Dreck oder Rost vom zu schweißenden Bereich zu entfernen.

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

Positionieren Sie sich so, dass Sie einen guten Blick auf den Schweißpool haben. Für die beste Sicht halten Sie Ihren Kopf zur Seite und außerhalb der Schweißdämpfe, um sicherzustellen, dass Sie in der Naht schweißen und den Lichtbogen an der vorderen Kante des Pools 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 Stabschweißen, von der viele glauben, dass es seinen Namen bekam, weil beim Lernen des Schweißens jeder die Elektrode am Werkstück festklebt (stick).

2. Stromeinstellung

Die von Ihnen gewählte Elektrode bestimmt, ob Ihre Maschine auf DC+, DC- oder AC eingestellt sein sollte. Stellen Sie sicher, dass sie für Ihre Anwendung korrekt eingestellt ist. (Elektrodenpositiv bietet bei gegebener Stromstärke etwa 10 % mehr Penetration als AC, während DC-Gerade-Polarität, Elektrodennegativ, dünnere Metalle besser schweißt.)

Die korrekte Stromstärke-Einstellung hängt hauptsächlich vom Durchmesser und Typ der gewählten Elektrode ab. Der Elektrodenhersteller gibt normalerweise die Betriebsbereiche der Elektrode auf der Verpackung oder in den beiliegenden Materialien an.

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

3. Lichtbogenlänge

Die korrekte Lichtbogenlänge variiert mit jeder Elektrode und Anwendung. Als guter Ausgangspunkt sollte die Lichtbogenlänge den Durchmesser des Metallteils (Kerns) der Elektrode nicht überschreiten. Beispielsweise wird eine 1/8-Zoll-6010-Elektrode etwa 1/8 Zoll vom Grundwerkstoff entfernt gehalten.

4. Elektrodenführung

Jeder Schweißer führt die Elektrode ein wenig anders. Entwickeln Sie Ihren eigenen Stil, indem Sie andere beobachten, üben und notieren, welche Techniken die besten Ergebnisse liefern. Beachten Sie, dass bei Material von 1/4 Zoll (6 mm) und dünner das Weben der Elektrode typischerweise nicht nötig ist, da die Perle breiter wäre als notwendig. In vielen Fällen ist eine gerade Perle alles, was benötigt wird.

Um eine breitere Perle auf dickerem Material zu erzeugen, führen Sie die Elektrode von Seite zu Seite, wodurch eine kontinuierliche Reihe von sich teilweise überlappenden Kreisen in einem „Z“, Halbkreis- oder Stotter-Schritt-Muster entsteht. Begrenzen Sie die seitliche Bewegung auf das Zweifache des Durchmessers des Elektrodenkerns. Um einen breiteren Bereich abzudecken, machen Sie mehrere Durchgänge oder verwenden Sie Strangperlen (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 der Schweißpool mithalten kann, und pausieren Sie leicht an den Seiten, um eine solide Verbindung zur Seitenwand sicherzustellen. Wenn Ihre Schweißnaht wie Fischschuppen aussieht, sind Sie zu schnell vorgegangen und haben nicht lange genug an den Seiten gehalten.

5. Vorschubgeschwindigkeit

Ihre Vorschubgeschwindigkeit sollte es Ihnen ermöglichen, den Lichtbogen im vorderen Drittel des Schweißpools zu halten. Zu langsames Fahren erzeugt eine breite, konvexe Perle mit flacher Penetration und der Möglichkeit von Kaltschweißung (Cold Lapping), bei der die Schweißnaht so aussieht, als ob sie einfach auf der Materialoberfläche liegt.

Übermäßig schnelle Vorschubgeschwindigkeiten verringern ebenfalls die Penetration, erzeugen eine schmalere und/oder stark gewölbte Perle und möglicherweise Unterfüllung oder Unterschnitt (Undercut), bei der der Bereich außerhalb der Schweißnaht konkav oder eingesenkt ist. Beachten Sie gegen Ende der Perle im Bild unten, wie die Perle inkonsistent aussieht, als ob der Pool versuchte, mitzuhalten.

Vorteile des Stabschweißens

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

Nachteile des Stabschweißens

• Es erfordert mehr Geschick als MIG/MAG, da Sie die Elektrode auf einem bestimmten Abstand zum Metall halten müssen, während sie abbrennt.
• Es erzeugt viel mehr Spritzer und Schlacke.
• Erhöhte Reinigungszeit führt zu verringerter Effizienz.
• Die Schweißnaht wird nicht so filigran oder hochwertig wie bei WIG sein.