Schweissen

• Was war nochmal der Unterschied?

Ueberlappung nötig?

Naht leitfähig für Strom und Wärme?

Stoffschlüssig wodurch?

Lernziele SchweissenIch kann …

•die Grundlagen von Schweissverbindungen erklären

Eigenschaften, Vor- und Nachteile

VerbindungsgestaltungenVerbindungsgestaltungen

Gefügeveränderung

Fehler und Prüfung der Verbindung

•die wichtigsten Schweissverfahren genau erklären

•weitere Schweissverfahren erkennen und benennen

•Fachbegriffe zum Thema Schweissen erklären

Definition

Beim Schweissen werden zwei Teile stoffschlüssig und unlösbar miteinander verbunden. (Meist gleiche Werkstoffe)

Dabei wird der Werkstoff an der Fügestelle Dabei wird der Werkstoff an der Fügestelle durch Wärme oder Reibung in flüssigen oder plastischen Zustand gebracht.

Bei den meisten Schweissverfahren muss Zusatzwerkstoff zum Füllen der Fugen zugegeben werden.

Eigenschaften• Stoffschlüssig wodurch …

Die gleichen oder sehr ähnlichen Materialien bilden beim Abkühlen in der Schmelzzone neue Kristalle.

Die Korngrösse beeinflusst die Eigenschaften des Materials.

Um ein gleichmässiges und feinkörniges Gefüge bilden zu können, darf nicht zu schnell abgekühlt werden.

Mischkristalle Kristallgemisch

Die Teile werden mit verschiedenartigen Energiequellen so stark erwärmt, dass sie plastisch oder gar flüssig werden.

Alu 659°C / Eisen 1536°C / Kupfer 1083°C / Wolfram 3422°C

Legierungen haben meist einen Schmelzbereich keinen Schmelzpunkt (Ausnahme: Eutektische Legierungen).

Eigenschaften• In flüssigem oder plastischem Zustand

Schmelzpunkt (Ausnahme: Eutektische Legierungen).

Gef

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Eigenschaften• Unlösbar

Eine Schweissverbindung kann ohne Zerstörung der Werkstücke nicht wieder gelöst werden.

Geschweisst wird meist mit Zusatzmaterial, das benötigt wird um die Lücken zu füllen. (Stab oder Pulver)

• Mit oder ohne Zusatzmaterial

Bei einigen Verfahren jedoch, wird das Werkstück im plastischen Zustand zusammengedrückt. So wird das zuführen von Zusatzmaterial unnötig.

Stabzusatzmaterial Pulverzusatzmaterial Ohne Zusatzmaterial

Vorteile• Vielfältige Formgebung / Einfach für Einzelteile• Zusätzliche Verbindungselemente entfallen• Festigkeit so hoch wie bei Bauteilen• Verfahren automatisierbar• Keine Überlappung nötig

Nachteile• Festigkeit, Härte und Zähigkeit werden nachteilig beeinflusst, wegen Gefügeveränderung

• Verzug, Schrumpfung beeinflusst die Genauigkeit• Nur gleiche / sehr ähnliche Metalle schweissbar• Nicht alle Metalle schweissbar (C < 0.22%, CEV, …)• Entsprechende Anlage und Erfahrung notwendig• Entsprechende Anlage und Erfahrung notwendig

Verzug nach dem AbkühlenHärteverlauf in der Schmelzzone

GefügeänderungDie Bindung entsteht in einer sehr kleinen Zone im Kontaktbereich der beiden Verbindungsmaterialien. Das Material wird geschmolzen und bildet beim Abkühlen neue Kristalle.

Überraschenderweise wird die Wärmeeinflusszone um so breiter und die sich in ihr vollziehenden Gefügeänderungen fallen umso gravierender aus, je niedriger die Energiedichte der zum Schweißen

Je nach erreichter Temperatur im Gefüge, verhält sich das Material beim Abkühlen unterschiedlich.

Feinkörniges Gefüge hat eine höhere Festigkeit und Dehnbarkeit aber geringere

Warmfestigkeit und schlechtere Bearbeitbarkeit

Energiedichte der zum Schweißen benutzten Wärmequellen ist.

GefügeänderungUnterschiedliche Erwärmung = unterschiedliche Materialeigenschaften!

Bei Temp. Über 1000°C bildet sich anschliessend Grobkorngefüge im Werkstoff, was zu weniger Festigkeit und Dehnbarkeit führt.

Der Bereich direkt neben der Naht ist anfällig auf Spannungsrisse und Bruch, wenn zu schnell abgekühlt wird (Martensit bei C>0.2%).

In der Schweissnaht bildet sich Gussgefüge. Grobe Körner zur Mitte hin.

Beim Normalglühen gibt man den Atomen die Möglichkeit durch Diffusion ein gleichmässiges, feinkörniges Gefüge zu bilden.

Fehler• Wodurch entstehen diese Fehler?

● Äussere Fehler

Nahtüberhöhung

Einbrandkerbe

Zündstelle

(Durch zu schnelles Abkühlen) Riss

Spritzer

(Entsteht bei der Kristallisation des Werkstoffes, vor allem am

Anfang oder am Ende der Schweissnaht) Endkraterriss

Durch zu viel Wärme am gleichen Ort oder zu wenig Vorschubgeschwindigkeit

Schlacken-,Fremdeinschlüsse

Bindefehler

Poren, Gaskanal

Wurzelbindefehler

WurzelüberhöhungWurzelkerbe

● Innere Fehler

VorschubgeschwindigkeitSpritzer (je nach

Verfahren)

Einschlüsse durch Unsauberkeiten oder zu wenig Abschirmung der

Schweissstelle

Durch zu wenig Wärme am gleichen Ort oder zu

grosse Schweissgeschwindigkeit

Durch die richtige Gestaltung der Fugenform, kann das Risiko für Fehler

minimiert werden

Feh

ler

Auszug aus „Grundkenntnisse Metallbauer und

Konstruktionsmechaniker“

Feh

ler

•Auszug aus „Grundkenntnisse Metallbauer und

Konstruktionsmechaniker“

Prüfung• Qualität der Schweissverbindung abhängig von Material, Geräten, fachlichem Können

● Durch Zerstörung

Zum Nachweisen von Festigkeitswerten der Schweissnaht

Brechen der Schweissnaht durch Biegen der um Bindefehler und Schlackeneinschlüsse im Gefüge zu erkennen

Als Vorbeugung bei grossen Serien

Nach einem Versagen des Bauteiles

Prüfung• Qualität der Schweissverbindung abhängig von Material, Geräten, fachlichem Können

● Zerstörungsfrei

Farbeindringverfahren

Magnetpulververfahren

Ultraschallprüfung

Röntgenprüfung

Gestaltung der Schweissstelle• Stossarten beim Schweissen

Schweisstoss ist die Anordnung der zu verschweissenden Teile zueinander

http://www.stahlbauteile.com/schweissen/schweissverbindungen.html

Gestaltung der Schweissstelle• Schweissnahtformen

Die Schweissnahtform hängt von der Stossart, Teiledicke und vom Schweissverfahren ab.

V – Naht: einfache Naht / nur von einer Seite zu schweissen

X – Naht: Gleichmässige Schweissung von beiden Seiten, dadurch weniger Verzug oder bei dicken Platten

U – Naht: Von unten nicht sichtbar

Kehl – Naht: Einfache Naht, keine Bearbeitung der Teile nötig

Gestaltung der Schweissstelle• Auszug aus dem Tabellenbuch (Europalehrm.)

Gestaltung der Schweissstelle• Schweissposition

Die Lage der Schweissnaht beim Schweissen wird als Schweissposition bezeichnet

Wannenposition am einfachsten

Z.B. durch Montageort vorgegebene Schweisspositon nennt man Zwangslage