Unterpulverschweißen (UP) 121: Ablauf, Pulver und Einsatz
Die Nummer 121 steht in ISO 4063 für das Unterpulverschweißen mit Massivdrahtelektrode. Der Lichtbogen brennt unter einer Schicht körnigen Pulvers, ein Kopf führt den Draht, und aus dem Schweißer wird der Bediener einer Anlage. Deshalb findet man 121 an langen Nähten und dicken Blechen, nicht an Toren und Geländern.
Kurze Antwort
121 ist das Unterpulverschweißen mit Massivdraht: Ein blanker Draht schmilzt in einem unter Pulver verdeckten Lichtbogen, und das Pulver wird geschmolzen zur Schlacke, die das Bad schützt. Das Verfahren ist mechanisiert, liefert tiefen Einbrand und hohe Leistung, eignet sich aber fast nur für die Positionen PA und PB sowie für gerade oder runde Nähte. Es wird von einem nach ISO 14732 geprüften Bediener gefahren, nicht von einem Schweißer mit Prüfung nach ISO 9606-1.
So läuft das Verfahren ab
Der Draht läuft von der Spule über Vorschubrollen in den Schweißkopf und die Kontaktdüse. Aus einem Vorratsbehälter rieselt das Pulver direkt vor den Lichtbogen oder um ihn herum. Ein Teil schmilzt zu flüssiger Schlacke, die das Bad bedeckt, die Luft fernhält, die Nahtoberfläche formt und die Abkühlung verlangsamt. Der Rest bleibt lose und kann abgesaugt, gesiebt und wiederverwendet werden. Die erkaltete Schlackenkruste löst sich von selbst oder wird abgeschlagen.
Da der Lichtbogen verdeckt ist, gibt es kein Blitzen, kaum Spritzer und kein Schutzgas, das der Wind wegblasen könnte. Der Strom ist hoch, der Stromweg im Draht kurz; deshalb ist der Einbrand tief und die Raupe breit. Die Stromquelle läuft mit Gleich- oder Wechselstrom, der Kopf fährt auf Schiene oder Wagen oder steht still, während das Werkstück gedreht wird.
121, 122 und 125: die Unternummern
Die ganze Gruppe 12 der ISO 4063 ist das Unterpulverschweißen. Die Nummer hängt von der Elektrode ab:
| Nr. | Verfahren | Kurzzeichen |
|---|---|---|
| 12 | Unterpulverschweißen | — |
| 121 | Unterpulverschweißen mit Massivdrahtelektrode | SAW |
| 122 | Unterpulverschweißen mit Bandelektrode | SAW |
| 125 | Unterpulverschweißen mit Fülldrahtelektrode | SAW |
Am häufigsten ist der Massivdraht, also 121. Das Band (122) ergibt eine breite, flache Raupe und wird unter anderem zum Auftragschweißen eingesetzt; der Fülldraht (125) verändert über seine Füllung die Zusammensetzung des Schweißgutes. Die ISO 4063 kennt in der Gruppe 12 weitere Nummern für Varianten mit mehreren Drähten oder Pulverzusatz; die ganze Liste steht in der Tabelle der ISO 4063.
Wo es eingesetzt wird
Das Verfahren lohnt sich bei langen, geraden oder runden Nähten in dickem Werkstoff: geschweißte Träger aus Blech (Kehlnähte zwischen Gurt und Steg), Längsnähte an Rohren großen Durchmessers, Behälter und Kessel auf Drehrollen, Turmschüsse, Schiffbauteile. Bei kurzen, gewundenen Nähten und auf der Baustelle frisst die Rüstzeit den ganzen Vorteil auf.
Das Pulver bleibt durch sein Gewicht auf der Naht, deshalb ist der Positionsbereich schmal: PA für Stumpfnähte und PB für Kehlnähte. PC braucht besondere Maßnahmen, senkrecht und über Kopf entfallen. Die übrigen Positionen behandelt die Seite Schweißpositionen; meist wird das Werkstück so gedreht, dass die Naht in PA liegt.
Unterschiede zu 135 und 136
| Merkmal | 121 | 135 / 136 |
|---|---|---|
| Schutz | Pulver und Schlacke | Gas (bei 136 zusätzlich Schlacke) |
| Lichtbogen | verdeckt | sichtbar |
| Führung | Kopf, Bediener | Brenner in der Hand |
| Positionen | PA, PB | alle |
| Einbrand und Leistung | tief, hoch auf langer Naht | geringer, dafür flexibler |
| Wind | kaum ein Problem | bläst das Schutzgas weg |
| Zusätzlich | Pulver trocknen und rückführen | Flasche und Druckminderer |
Die drei gasgeschützten Nummern vergleicht die Seite 135, 136 und 138 im Vergleich; der Fülldraht hat seine eigene Seite, Fülldrahtschweißen 136. Die Grundlagen des Halbautomaten stehen unter MIG/MAG.
Schweißpulver: geschmolzen und agglomeriert
Das Pulver ist kein Zusatz zum Draht, sondern die Hälfte des Paares. Nach ISO 14174 werden Pulver nach Herstellungsart und chemischem Typ eingeteilt. Schmelzpulver sind glasige, spröde Körner, nehmen wenig Feuchte auf und haben eine stabile Zusammensetzung. Agglomerierte Pulver bestehen aus zu Körnern gebundenem Pulver; sie können Legierungselemente und Desoxidationsmittel ins Schweißgut bringen, nehmen aber Feuchte auf und müssen getrocknet werden. Dazu gibt es Mischpulver. Die Zusammensetzung entscheidet über das Aussehen der Raupe und die Zähigkeit des Schweißgutes.
Feuchtes Pulver bedeutet Poren in der Naht und Wasserstoff, der Kaltrisse begünstigt. Trocknungstemperatur und -dauer nennt das Datenblatt des Herstellers; eine einzelne Zahl geben wir hier nicht an, weil sie von Pulver zu Pulver verschieden ist. Die Regel lautet: Pulver in dichten Säcken lagern, angebrochene Mengen verbrauchen oder nachtrocknen, rückgeführtes Pulver von Staub und Schlackenresten absieben.
Drähte und Bezeichnung
Für unlegierte und Feinkornbaustähle beschreibt ISO 14171 die Paarung aus Draht und
Pulver. Ein Beispiel für den Aufbau der Bezeichnung (keine Empfehlung):
S 46 4 AB S2Si. S steht für das UP-Verfahren, 46 für die Festigkeitsgruppe des
Schweißgutes, 4 für die Prüftemperatur der Kerbschlagarbeit, AB für den Pulvertyp
(aluminatbasisch nach ISO 14174) und S2Si für den Draht. Pulver und Draht werden als Paar
gewählt und gemeinsam in die WPS geschrieben: Ein Wechsel der Pulvermarke ist ein Wechsel
der Schweißanweisung.
Typische Fehler
- Poren: feuchtes Pulver, Rost und Öl an den Kanten, zu dünne Pulverschicht; siehe Poren in der Naht.
- Bindefehler und fehlender Einbrand: falsche Geschwindigkeit, Lage des Drahtes zur Fuge; siehe Bindefehler.
- Schlackeneinschlüsse: in Mehrlagennähten, wenn die Fuge schmal ist und die Schlacke in der Ecke zwischen den Raupen bleibt.
- Heißrisse in der Nahtmitte: wenn die Raupe tief und schmal ist; siehe Risse in Schweißnähten.
- Einbrandkerben: Geschwindigkeit oder Strom zu hoch.
Die zulässigen Größen legt ISO 5817 fest; Benennungen und Nummern der Unregelmäßigkeiten stehen in der Tabelle der ISO 6520-1.
Arbeitsschutz im Vergleich zum offenen Lichtbogen
Ein verdeckter Lichtbogen bedeutet weniger Strahlung, Spritzer und Rauch als beim Lichtbogenhandschweißen oder MAG, aber nicht null. Es bleiben: Rauch aus Pulver und Draht (Absaugung bleibt nötig; siehe Schweißrauch), heiße Schlacke und heißes Pulver, hohe Leerlaufspannung und große Ströme, bewegte Köpfe und Drehvorrichtungen, schwere Teile am Kran. Pulverkörner auf dem Boden rollen wie Kugeln. Augenschutz und Schutzkleidung sind weiter bei jeder Tätigkeit nötig, bei der der Lichtbogen sichtbar werden kann; siehe persönliche Schutzausrüstung.
Prüfung des Bedieners und des Verfahrens
Die Schweißerprüfung nach ISO 9606-1 gilt nicht für die Anlage. Den Bediener, der mechanisiertes oder automatisches Schweißen einrichtet und überwacht, prüft man nach ISO 14732; die Norm lässt mehrere Wege zu, darunter die Anerkennung über die Verfahrensprüfung. Das Verfahren 121 steht in den Unterlagen wie jedes andere: eine vorläufige pWPS, ihre Prüfung nach ISO 15614-1 mit dem Bericht WPQR und in der Werkstatt eine WPS mit Verfahrensnummer, Paarung aus Draht und Pulver und Position. Die Handprüfung beschreibt die Seite Schweißerprüfung nach ISO 9606.
Häufige Fragen
Was ist Schweißverfahren 121?
Nach ISO 4063 steht 121 für das Unterpulverschweißen mit Massivdrahtelektrode, kurz UP (englisch SAW). Der Lichtbogen brennt zwischen blankem Draht und Werkstück unter einer Schicht körnigen Schweißpulvers, ist also nicht zu sehen, und flüssige Schlacke schließt das Schmelzbad gegen die Luft ab. Es ist ein mechanisiertes oder automatisches Verfahren für lange Nähte und dicke Bleche.
In welchen Positionen wird unter Pulver geschweißt?
Praktisch nur in Wannenlage PA und bei Kehlnähten in der Horizontal-Vertikal-Lage PB. Das Pulver liegt durch sein Eigengewicht auf der Naht und würde senkrecht oder über Kopf abrutschen. PC ist nur mit besonderer Pulverrückhaltung möglich; meist wird das Werkstück auf einem Positionierer gedreht, sodass die Naht in PA liegt.
Reicht für das Unterpulverschweißen eine Prüfung nach ISO 9606-1?
Nein. ISO 9606-1 prüft Schweißer, die von Hand oder teilmechanisch arbeiten. Wer einen mechanisierten Schweißkopf einrichtet und bedient, ist Bediener von Schweißeinrichtungen und wird nach ISO 14732 geprüft. Das Verfahren selbst wird getrennt qualifiziert, meist nach ISO 15614-1.
Braucht man beim UP-Schweißen einen Schweißhelm?
Der Lichtbogen liegt unter dem Pulver, daher sind Strahlung und Spritzer deutlich geringer als beim offenen Lichtbogen. Augenschutz ist aber nötig beim Einrichten des Kopfes, am Nahtanfang und überall dort, wo die Pulverschicht dünn ist und der Lichtbogen durchbricht. Heiße Schlacke und heißes Pulver verlangen außerdem Handschuhe und Schutzkleidung.
Worin unterscheidet sich 121 von 135?
In Schutz und Mechanisierung. Bei 135 schützt Gas das Schmelzbad, und der Schweißer führt den Brenner von Hand in jeder Position. Bei 121 schützen Pulver und Schlacke, der Draht wird von einem Kopf auf Fahrwagen oder Ausleger geführt, geschweißt wird vor allem in PA und PB. Dafür liefert 121 tiefen Einbrand und hohe Leistung auf langen Nähten.
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