Stabelektrode

Die Stabelektrode ist ein mineralisch umhüllter Metallstab, der zum Schweißen verwendet wird.

Stabelektroden zum Lichtbogenhandschweißen

Aufbau

Die Stabelektrode besteht aus einem metallischen Kernstab und einer Umhüllung. Die Stabelektrode wird zum Elektroschweißen verwendet und bildet den Zusatzwerkstoff, der zum Schweißen notwendig ist. Meistens ist dieser Zusatzwerkstoff mit einer Umhüllung umgeben, die Zusätze enthält. Die ersten Stabelektroden waren nicht umhüllt und daher schwierig zu verschweißen. Später wurden die Elektroden mit Stoffen umhüllt, die das Schweißen erleichterten, das Schweißgut schützten und den Prozess metallurgisch beeinflussten. Das erste Patent über eine umhüllte Stabelektrode stammt von dem Schweden Oscar Kjellberg aus dem Jahr 1908. Die Schweißelektrode wird mit der zugehörigen Schweißelektrodenhalter an eine Schweißstromquelle angeschlossen. Berührt man mit der Elektrode das zu verschweißende Werkstück, entsteht ein Elektrischer Kurzschluss. Nach dem Zündvorgang wird die Elektrode vom Werkstück abgehoben und es entsteht ein Lichtbogen, welcher den Werkstoff des zu schweißenden Werkstücks aufschmilzt. Gleichzeitig schmilzt die Elektrode ab und verbindet sich mit dem zu schweißenden Werkstück. Der Mantel der Elektrode bildet Gase, welche den Lichtbogen stabilisieren und gleichzeitig die Oxidation der Schweißnaht verhindern. Zusätzlich sind Stoffe enthalten, die zur Bildung von Schlacke führen. Sie dient als Flussmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Werkstoffs, sorgt für eine gleichmäßige Abkühlung und bindet Verunreinigungen.

Die Umhüllungen der Elektroden haben im Wesentlichen folgende Aufgaben:

• Ionisierung und Stabilisierung des Lichtbogens durch Beimengungen (z. B. durch Rutil)
• Ausgleich des Ausbrands der Legierungsbestandteile durch entsprechende Beigaben
• Erhöhung der Ausbringung (z. B. beim Auftragschweißen)
• gleichmäßige Abkühlung der Schweißnaht
• Abschirmung des Schmelzgutes durch Schutzgase gegen Stickstoff und Sauerstoff (Versprödung, Porenbildung)

Kurzzeichen der Umhüllungsstoffe

• A = sauer
• R = Rutil
• RR = Rutil, dick umhüllt
• RA = rutilsauer
• C = Zellulose
• R(C) = Rutilzellulose
• RR(C)= Rutilzellulose, dick umhüllt
• B = basisch
• R(B) = Rutil mit basischen Anteilen
• RR(B) = rutilbasisch, dick umhüllt

Kernstab

Der Werkstoff des Kernstabes richtet sich nach dem zu schweißenden Werkstoff und dessen chemischer Zusammensetzung.

Auswahl von Stabelektroden

Die Auswahl von Stabelektroden erfolgt nach werkstoff- und schweißtechnischen Gesichtspunkten. Dabei wird zuerst ein Vergleich der mechanischen Gütewerte des Schweißzusatzes mit den Gütewerten des Grundwerkstoffes vorgenommen, wobei die Mindestanforderungen des Grundwerkstoffes auch im reinen Schweißgut erreicht werden müssen.

Für die Auswahl von Stabelektroden können folgende Kriterien genannt werden:

• Der zu verschweißende Grundwerkstoff
  • für unlegierte Stähle und Feinkornbaustähle
  • für höherfeste Stähle
  • für warmfeste Stähle
  • für nichtrostende und hitzebeständige Stähle
  • für Gusseisenwerkstoffe
  • für Nichteisenmetalle; weiter unterteilt nach:
    • der chemischen Zusammensetzung
    • den metallurgischen und physikalischen Eigenschaften

• Die Beanspruchung des Bauteils geordnet nach
  • konstruktiver Gestaltung des Bauteils
  • vorwiegend ruhende oder vorwiegend nicht ruhende Beanspruchung
  • Beanspruchungszustand (Größe der Belastung)

• Die Schweißaufgabe geordnet nach
  • Schweißbedingungen
  • Schweißposition
  • vorhandene Schweißstromquelle
  • geeigneter Umhüllungstyp

• Die Wirtschaftlichkeit geordnet nach
  • Abschmelzleistung
  • Ausbringung
  • Streckenenergie

Die Auswahl der umhüllten Stabelektroden erfolgt meist nach den Katalogen für Schweißzusätze der Herstellerfirmen.

Beispiel: Kernstäbe für unlegierte Elektroden

• Kohlenstoff-Gehalt: 0,06 % bis 0,12 %
• Mangan: 0,3 % bis 1,8 %
• Silizium: 0,06 %
• Phosphor und Schwefel < 0,03 %

Zusätzlich ist er Stromleiter, Eisenträger und Umhüllungsträger.

Beispiel für eine Stabelektrodenbezeichnung nach DIN EN ISO 2560-A (Unlegierte Stähle und Feinkornstähle)

Beispiel: E 38 2 B 1 2 H5

• E Kurzzeichen nach DIN 1910 für das Schweißverfahren; hier Lichtbogenhandschweißen
• 38 Mindeststreckgrenze in N/mm²; hier 380 N/mm²

Zugfestigkeit in N/mm²; hier 470–600 N/mm²

Bruchdehnung in %; hier 20 %

• 2 Mindest-Kerbschlagarbeit (47 Joule) bei −20 Grad Celsius
• B Umhüllungstyp; hier basischumhüllt
• 1 Ausbringung; hier < 105 %

Stromart; hier: Gleich- und Wechselstrom

• 2 Schweißposition; hier alle, außer Fallposition
• H5 Wasserstoffgehalt hier < 5 ml/100g Schweißgut

Die DIN EN ISO 2560-A:2010-03 verwendet nur noch MPa statt N/mm²; der diffusible Wasserstoffgehalt wird in ml/100g Schweißgut bezeichnet.

Literatur

 Christian Guilino: Fachkunde für Bauschlosser, Stahlbauer, Schmelzschweißer. Handwerk und Technik, Hamburg 1984, ISBN 3-582-00077-X.