Lichtbogenschweiß-Verfahren: Verbrauchbare & Nicht-verbrauchbare Elektroden

Lichtbogenschweißverfahren werden primär nach der Elektrodenart klassifiziert: verbrauchbar (schmilzt ab = Zusatzwerkstoff) oder nicht-verbrauchbar (Wolfram, Kohlestift). Dieser Artikel strukturiert die wichtigsten Verfahren nach dieser Systematik mit Prinzip, Kennzeichen und Hauptanwendung.

Verfahren mit verbrauchbarer Elektrode (Consumable Electrode)

Elektrode schmilzt ab → wird zu Zusatzwerkstoff. Hohe Abscheideleistung. Stromquelle: Konstantspannung (CV) für Draht, fallende/konstante Kennlinie für Stab.

1. MIG/MAG (GMAW / 131/135/136) – Gas Metal Arc Welding

• MIG (131): Inertes Gas (Ar, He). NE-Metalle (Al, Cu, Ni, Ti).
• MAG (135/136): Aktives Gas (CO₂, Ar/CO₂/O₂). Stähle. 135 = Massivdraht, 136 = Fülldraht.
• Merkmale: Endlosdraht, Schutzgas, halb-/vollautomatisch, hohe Leistung, alle Positionen (Puls).

2. E-Hand / Stabelektrode (SMAW / MMA / 111) – Shielded Metal Arc Welding

• Prinzip: Umhüllte Stabelektrode (Kern + Umhüllung). Umhüllung bildet Schutzgas + Schlacke. Zusatzwerkstoff = Kern.
• Merkmale: Einfachste Ausrüstung (Trafo/Inverter + Kabel + Halter), mobil, alle Positionen, windunempfindlich, alle Stähle, Guss, Ni, Cu. Geringe Leistung, Schlacke entfernen, Wasserstoffgefahr (basische Elektroden trocknen!).
• Elektrodentypen (nach Umhüllung): Sauerstoffhaltig (Rutile, Zellulose – leicht zündend), Basisch (CaF₂ – hochzäh, H₂-arm), Zellulose (tief einzudringend, Wurzelwärts).

3. Fülldrahtschweißen (FCAW / 136/138) – Flux Cored Arc Welding

• Prinzip: Rohrdraht mit Füllung (Schlackebildner, Legierungen, Entschwefler). Mit Schutzgas (136, Gas-shielded) oder selbstschützend (138, Self-shielded – kein Gas).
• Vorteile: Hohe Abscheideleistung, gute Spaltüberbrückung, selbstschützend für Außen/Feld (Wind).
• Anwendung: Schiffbau, Offshore, Brückenbau, Dicke Bleche, Reparatur.

4. UP-Schweißen (SAW / 121) – Submerged Arc Welding

• Prinzip: Lichtbogen brennt unter einer Schicht Granulatschlacke (Flux). Endlosdraht (ein/mehrere). Bogen unsichtbar.
• Merkmale: Sehr hohe Leistung (bis 2000 A, 10–20 kg/h), tiefe Einbrandtiefe, keine Strahlung, keine Spritzer, hohe Qualität. Nur PA (Schiffbau, Rohrfertigung, Behälter, Walzen).
• Flux-Draht-System: Metallurgisch abgestimmt (Legierungseintrag über Flux).

5. Elektroschlackeschweißen (ESW / 72) – Electroslag Welding

• Prinzip: Lichtbogen startet → Flux schmilzt → leitende Schlacke → Strom fließt durch Schlacke (Joulesche Wärme) → Schmelze Seitenwände + Zusatzdraht → vertikaler Aufwärtsguss. Einzellage für dicke Platten (> 25 mm, bis 500 mm).
• Anwendung: Dickwandige Druckbehälter, Schiffswände, Turbinengehäuse, Reparatur großer Gussteile.

6. Stiftschweißen (SW / 78) – Arc Stud Welding

• Prinzip: Stift (mit Zündspitze) wird auf Werkstück gesetzt → Lichtbogen zündet → Stift & Werkstück schmelzen an Stirnfläche → Stift wird in Schmelze gedrückt → Erstarren. Ähnlich Blitzschweißen.
• Varianten: Spitzenzündung (Draht), Kurzzeit (CD – Kondensatorentladung, < 10 ms, dünnblech), Hubzündung (Draht).
• Anwendung: Befestigungselemente (Muttern, Bolzen, Isolierstifte, Erdungsstifte) auf Blech/Profil. Serienfertigung (Auto, Behälter, Schaltschränke).

Verfahren mit nicht-verbrauchbarer Elektrode (Non-Consumable Electrode)

Elektrode (Wolfram) schmilzt nicht. Zusatzwerkstoff separat zugeführt (oder autogen). Stromquelle: Konstantstrom (CC), AC/DC.

7. WIG-Schweißen (GTAW / 141) – Gas Tungsten Arc Welding

• Prinzip: Wolfram-Elektrode (rein, Ce, La, Th, Zr dotiert) + Schutzgas (Ar, He, Ar/He) + Zusatzdraht (manuell/automatisch).
• Merkmale: Höchste Nahtqualität, keine Spritzer, keine Schlacke, präzise Steuerung, alle Werkstoffe (auch reaktive: Ti, Zr, Ta), Dünnblech (< 0,5 mm). Langsam, hohe Fachkenntnis nötig.
• Polarität: DC- (Stahl, Cu, Ni, Ti), AC (Al, Mg – Oxydhautdurchbruch), DC+ (selten, speziell).

8. Plasmalichtbogenschweißen (PAW / 15) – Plasma Arc Welding

• Prinzip: Wie WIG, aber Bogen durch wassergekühlte Düse (Konstriktor) gezwängt → höhere Energiedichte, stabilerer Bogen, Keyhole-Effekt möglich.
• Zwei Gasströme: Plasmasgas (Ar, He, H₂ – bildet Bogen), Schutzgas (Ar, Ar/He – schützt Bad).
• Varianten: Mikroplasma (< 15 A, 0,1–1 mm), Normalplasma (50–300 A), Keyhole-Plasma (Durchdringung).
• Anwendung: Präzision (Medizintechnik, Elektronik), Dünnblech, Rohre (Edelstahl, Ti), Reparatur, Beschichten.

Auswahlübersicht

Kriterium	E-Hand (111)	MIG/MAG (131/135)	Fülldraht (136/138)	UP (121)	WIG (141)	Plasma (15)
Leistung	Niedrig	Hoch	Sehr hoch	Sehr hoch	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch
Qualität	Gut	Sehr gut	Gut	Exzellent	Exzellent	Exzellent
Positionen	Alle	Alle (Puls)	Alle	Nur PA	Alle	Alle
Wind/Umgebung	Unempfindlich	Empfindlich	Unempfindlich (138)	Geschützt	Empfindlich	Empfindlich
Automatisierung	Schwer	Leicht (Roboter)	Mittel	Standard	Möglich	Möglich
Hauptwerkstoffe	Fe, Guss, Ni, Cu	Fe, Al, CrNi	Fe (Dick)	Fe (Dick, Längs)	Alle (NE, Fe, Reaktiv)	Fe, NE, Reaktiv, Dünn

Die Verfahrenswahl ist eine Optimierungsaufgabe: Qualität vs. Kosten vs. Geschwindigkeit vs. Randbedingungen. Moderne Fertigung nutzt oft Hybridlösungen (z. B. WIG-Wurzel + MAG-Füllung, Laser-Hybrid, Tandem-MAG) um die Vorteile zu kombinieren.