Die Auswahl einer Elektrode aus unlegiertem Kohlenstoffstahl kann die Arbeitsproduktivität und die Gesamtschweißkosten erheblich steigern oder beeinträchtigen – weshalb es für Schweißer wichtig ist, die Chemie hinter dem Füllmetall zu verstehen.Bilder: ESABAnwendungsexperten werden oft gefragt: „Welcher ist der beste MIG-Draht?“Die Antwort auf diese Frage beim Schutzgasschweißen (GMAW) lautet immer: „Eine, die die erforderlichen Schweißvorschriften, mechanischen Eigenschaften und Schweißverfahrensspezifikationen erfüllt.“Zusätzlich zur Erfüllung der technischen Anforderungen müssen Hersteller jedoch die gesamten Schweißkosten berücksichtigen.Der Arbeitsaufwand macht durchschnittlich 75 % bis 85 % der gesamten Schweißkosten aus, während Schweißzusätze etwa 10 % ausmachen.Die Auswahl des optimalen Füllmetalls kann die Arbeitsproduktivität und die Gesamtschweißkosten erheblich verbessern oder verringern.Das Folgende ist ein Überblick darüber, wie die Chemie des Zusatzmetalls die Schweißergebnisse beeinflusst, wobei der Schwerpunkt auf Elektroden zum Schweißen von unlegiertem Kohlenstoffstahl (Klasse A36) liegt, da sie die am häufigsten verwendeten Elektroden sind und die meisten Menschen zuerst lernen, sie zu verwenden.Die American Welding Society (AWS) klassifiziert Kohlenstoffstahlelektroden (siehe Abbildung 1).Diese Elektroden haben eine minimale Zugfestigkeit des Schweißguts von 70.000 PSI, wodurch sie zum Schweißen von A36-Stahl an sich selbst oder an andere Kohlenstoffstahlsorten geeignet sind (Sie müssen nur die A36 anpassen, da sie die niedrigste Festigkeit hat).Bei der Formulierung von Elektroden aus Kohlenstoffstahl kontrollieren die Hersteller bis zu 17 verschiedene Rohelemente (siehe Abbildung 2).Die drei Hauptlegierungselemente sind Kohlenstoff, Mangan und Silizium.AWS gibt die Mindest- und Höchstmengen dieser Elemente an, aber Hersteller können die Leistungsmerkmale hervorheben, indem sie die Chemie kontrollieren.Kohlenstoff (C) beeinflusst die strukturellen und mechanischen Eigenschaften stärker als jedes andere Element.Bei ER70-Elektroden wird der Kohlenstoff normalerweise zwischen 0,05 % und 0,12 % gehalten, was die Festigkeit des Schweißguts gewährleistet, ohne die Duktilität, Zähigkeit und Porosität zu beeinträchtigen.Hersteller fügen andere Legierungen hinzu, um die Desoxidation der Schweißpfütze zu kontrollieren und die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht zu unterstützen.Desoxidation ist die Kombination eines Elements mit Sauerstoff aus der Schweißpfütze, was zur Bildung einer Schlacke oder einer Kieselsäureinsel auf der Schweißoberfläche führt.Das Entfernen von Sauerstoff aus der Pfütze eliminiert ihn als Ursache für die Porosität des Schweißmetalls.Silizium (Si) ist das häufigste desoxidierende Element;Elektroden enthalten je nach Verwendungszweck im Allgemeinen 0,45 % bis 1 % der Legierung.In diesem Prozentbereich weist Silizium eine sehr gute Desoxidationsfähigkeit auf.Eine Erhöhung des Siliziums erhöht die Schweißnahtfestigkeit bei nur geringer Abnahme der Duktilität und Zähigkeit.Schweißgut kann jedoch bei mehr als 1 % bis 1,2 % Silizium rissempfindlich werden.Die Legierung beeinflusst auch die Pfützenfließfähigkeit.Mangan (Mn) ist auch ein übliches Desoxidationsmittel und Stärkungsmittel.Mangan macht 1 % bis 2 % der Weichstahlelektroden aus.Steigende Mangangehalte erhöhen die Festigkeit des Schweißguts stärker als Silizium.Mangan verringert auch die Empfindlichkeit des Schweißguts gegenüber Heißrissen.Aluminium (Al), Titan (Ti) und Zirkonium (Zr) sind sehr starke Desoxidationsmittel.Diese Elemente werden manchmal in sehr kleinen Dosen hinzugefügt, normalerweise nicht mehr als 0,2 % kombiniert.In diesem Bereich wird eine gewisse erhöhte Festigkeit erzielt.ABBILDUNG 1. AWS klassifiziert Kohlenstoffstahlelektroden basierend auf Faktoren wie Zugfestigkeit und chemischer Zusammensetzung.Andere Elemente wie Nickel (Ni), Chrom (Cr) und Molybdän (Mo) werden oft hinzugefügt, um die mechanischen oder korrosionsbeständigen Eigenschaften zu verbessern.In kleinen Mengen können sie in Kohlenstoffstahldrähten verwendet werden, um die Festigkeit und Zähigkeit der Abscheidung zu verbessern.GMAW-Elektroden für Baustahl enthalten üblicherweise den Buchstaben S (der anzeigt, dass es sich um eine feste Elektrode handelt) und entweder eine numerische Bezeichnung (2 bis 7) oder den Buchstaben G. Die am häufigsten verwendeten Elektroden sind S-3 und S-6.Hier ist eine kurze Anleitung, was diese Elektrodenbezeichnungen bedeuten und warum sie beliebt sind, sowie Hinweise zu anderen Elektrodenchemien, um die Auswahl zu erleichtern.S-2 „dreifach desoxidierte“ Elektroden enthalten Aluminium, Titan und Zirkonium (zusätzlich zu Mangan und Silizium) und sind zum Schweißen über Rost und Walzzunder ausgelegt.Das weniger flüssige Schweißbad erleichtert die Kontrolle bei Verwendung außerhalb der Position, was ihn zu einem bevorzugten Draht für das Schweißen von Rohren mit kleinem Durchmesser in allen Positionen macht.S-3-Elektroden und andere mit niedrigem Siliziumgehalt erzeugen eine steifere Pfütze und eine bessere Kontrolle des hinteren Wulstprofils.Sie neigen dazu, weniger und kleinere Kieselsäureinseln zu produzieren.Für lackierte Teile schreiben die Hersteller oft die Verwendung einer S-3-Elektrode vor.S-4-Elektroden haben höhere Gehalte an Silizium und Mangan als S-3-Elektroden und sind für Anwendungen bestimmt, die höhere Gehalte an Desoxidationsmittel erfordern.Die ER70S-4-Klassifizierung erfordert keine Charpy-Schlagzähigkeitsprüfung.S-6-Elektroden haben einen höheren Siliziumgehalt, der einen glatteren Lichtbogen erzeugt (weniger Spritzer) und die Fließfähigkeit der Pfütze verbessert („Benetzung“).Dies fördert einen glatten Übergang an den Nahtspitzen und flacht die Wulstkrone ab.S-6-Elektroden sind für Benutzer attraktiv, da sie das Erzielen einer guten Raupe erleichtern und weniger Reinigung erfordern.S-6-Elektroden enthalten mehr Mangan und Silizium, die als Desoxidationsmittel wirken, um Verunreinigungen zu beseitigen.Eine S-6-Elektrode bietet eine bessere Leistung als S-3 bei kleinen Mengen Walzzunder, Öl, Schmutz und Rost.Der Kompromiss besteht darin, dass sich die abgefangenen Verunreinigungen als Siliziumdioxidinseln manifestieren.Lackierte Teile müssen gereinigt werden (normalerweise mit einer Nadelpistole), da sonst die Silica-Insel irgendwann abplatzt, einen Makel verursacht und möglicherweise rostet.S-7-Elektroden haben einen höheren Mangangehalt, was dem Schweißteil eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit verleiht.Das Siliziumniveau dieses Elektrons liegt irgendwo zwischen S-3 und S-6.Sie sind für den Einsatz mit 100 % CO2 oder einem Argon/CO2-Schutzgasgemisch geeignet (100 % CO2 reduziert das Mangan im Schweißgut und verringert dadurch seine Festigkeit, was je nach Anwendung ein Problem sein kann oder nicht).Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt verringern das Potenzial für Wasserstoffrisse, insbesondere bei Materialien mit härteren mechanischen Eigenschaften.Eine H4R-Bezeichnung weist auf weniger als 4 ml diffusiblen Wasserstoff pro 100 g aufgetragener Schweißnaht hin.ABBILDUNG 2. Datenblätter listen die chemische Zusammensetzung eines Schweißzusatzes auf.Dargestellt ist die chemische Zusammensetzung einer ER70S-6-Elektrode, die zum Schweißen von unlegierten Stählen, wie im allgemeinen Bau-, Druckbehälter- und Schiffsbau, und für feinkörnige Kohlenstoff-Mangan-Stähle verwendet wird.G- (oder GS-) Elektroden sind allgemein klassifizierte Elektroden, die keine Zusammensetzung, mechanischen Eigenschaften oder Testanforderungen haben, aber ihre Eigenschaften können die von AWS-klassifizierten Elektroden erreichen oder übertreffen.Sie sind nur für Single-Pass-Anwendungen vorgesehen, die Spezialanwendungen wie das Schweißen von verzinktem Stahl umfassen können.Elektroden ohne Klassifizierung weisen oft auf eine spezielle Anwendung hin.Zum Beispiel sind „Easy Grind“-Elektroden vollständig desoxidiert und so konzipiert, dass sie über die moderaten Rost- und Lackmengen schweißen, die bei Reparaturarbeiten an Autokarosserien zu finden sind.Das geschweißte Metall schleift leichter als die meisten handelsüblichen Elektroden, was die Reinigung nach dem Schweißen einfacher und schneller macht.Hersteller können verschiedene Elektrodenleistungsattribute betonen, indem sie die Chemie, die Chemietoleranzen, die Elektrodenbeschichtung und den Herstellungsprozess steuern.Daher können Elektroden verschiedener Hersteller, obwohl sie die gleiche Bezeichnung tragen, in ihrer Leistung stark variieren.Einige gängige Beispiele sind:Schutzgase für MSG bestimmen die Art der Metallübertragung und die Eindringtiefe.Kurz gesagt, Argon- und CO2-Mischungen sind die gebräuchlichsten Schutzgase für Weichstahlelektroden.Eine Mischung mit hohem Argongehalt (75 % bis 90 % Argon, Rest CO2 oder CO2 und Sauerstoff) erzielt eine gute mechanische Leistung und erzeugt weniger Rauch und weniger Spritzer, was die Attraktivität für den Bediener erhöht.Mischungen mit hohem Argongehalt kosten jedoch mehr.CO2 ist ein kostengünstigeres Gas und bietet das breiteste Penetrationsprofil und die beste Reinigungswirkung.Der Kompromiss sind etwas niedrigere mechanische Testergebnisse, mehr Schweißrauch, ein härterer Lichtbogen und mehr Spritzer.CO2 und Sauerstoff sind manchmal nützlich, da sie die Lichtbogenstabilität und eine gute Verbindung zwischen Schweißbad und Grundmaterial fördern.Sauerstoff ist viel stärker oxidierend als CO2.Folglich betragen die Sauerstoffzusätze zum Argon im Allgemeinen weniger als 10 Vol.-%, während für Kurzschluss-MSG 100 % CO2 verwendet werden kann.Bei der Verwendung oxidierender Gase müssen Elektroden stark desoxidierende Elemente enthalten, um die Porosität zu unterdrücken.Beim Schweißen mit Argon und 1 % bis 3 % Sauerstoff oder mit Mischungen aus Argon mit niedrigem CO2-Gehalt weicht die chemische Zusammensetzung des Schweißguts im Allgemeinen nicht stark von der Analyse der Drahtelektrode ab.Wenn jedoch 100 % CO2 und Sauerstoff in einem Schutzgas verwendet werden, ist eine Verringerung von Silizium, Mangan und anderen desoxidierenden Elementen zu erwarten, während die Gehalte an Nickel, Chrom, Molybdän und Kohlenstoff konstant bleiben.Beachten Sie, dass Elektroden mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt (0,04 % bis 0,06 %) ein Schweißgut mit einem höheren Kohlenstoffgehalt erzeugen, wenn 100 % CO2 verwendet wird.Bei vielen Kohlenstoffstahlanwendungen weist das Grundmaterial eine leichte Schicht aus Walzhaut, leichtem Rost oder Beizöl auf, die die Schweißleistung beeinträchtigen kann, wenn sie nicht vor dem Schweißen entfernt wird.In diesem Fall ist es ideal, eine ER70S-6-Elektrode mit einem hohen Argongehalt zu verwenden, z. B. eine 90 % Argon/10 % CO2-Mischung für MSG-Sprühübertragung oder kurz 80 % bis 85 % Argon mit CO2 als Ausgleich -Schaltkreis GMAW.Die Desoxidationsmittel der Elektrode, kombiniert mit 10 % bis 20 % CO2, sollten für eine angemessene Reinigungswirkung sorgen und eine Schweißnaht mit gutem Aussehen, guter Eindringung und glatten Übergängen am Schweißnahtfuß erzeugen.Schweißzusatzhersteller aktualisieren ständig ihre Chemikalien und Verpackungen, während sie auf Kundenanfragen reagieren, um sie bei der Lösung von Anwendungsanforderungen und Schweißproblemen zu unterstützen.Die Verwendung einer modernen Formulierung kann Herstellern helfen, viele häufige Ursachen für unproduktive Zeit im Zusammenhang mit Spritzern, Porosität, Silikainseln, Kontaktspitzenverschleiß und Schweißqualität zu beseitigen.In einer Zeit, in der Hersteller darum kämpfen, mehr Mitarbeiter zu finden, erfordert der Weg zur Steigerung der Leistung, alle möglichen Maßnahmen zu ergreifen, um bestehende Bediener effizient schweißen zu lassen, und dazu gehört auch die Auswahl des optimalen Schweißzusatzes.Siehe mehr von Kaar ValluvanLesen Sie mehr in dieser AusgabeDer WELDER, früher bekannt als Practical Welding Today, ist ein Schaufenster der echten Menschen, die die Produkte herstellen, die wir täglich verwenden und mit denen wir arbeiten.Dieses Magazin leistet seit mehr als 20 Jahren gute Dienste für die Schweißfachwelt in Nordamerika.Greifen Sie jetzt mit vollem Zugriff auf die digitale Ausgabe von The FABRICATOR einfach auf wertvolle Branchenressourcen zu.Greifen Sie jetzt mit vollem Zugriff auf die digitale Ausgabe von The WELDER einfach auf wertvolle Branchenressourcen zu.Greifen Sie jetzt mit vollem Zugriff auf die digitale Ausgabe von The Tube & Pipe Journal ganz einfach auf wertvolle Branchenressourcen zu.Genießen Sie vollen Zugriff auf die digitale Ausgabe des STAMPING Journal, das den Metallstanzmarkt mit den neuesten technologischen Fortschritten, Best Practices und Branchennachrichten versorgt.Greifen Sie jetzt mit vollem Zugriff auf die digitale Ausgabe von The Fabricator en Español ganz einfach auf wertvolle Branchenressourcen zu.Das Mutter-Tochter-Duo Ginny Wendt-Vecchio und Jeanette Vecchio von Chicago Rolled Metal Products schließt sich dem Fabricator Podcast an...© 2023 FMA Communications, Inc. 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