Handbuch der Schweißtechnik

Nahezu allen großen Konstruktionsarbeiten liegt ein Fremdauftrag zugrunde. Dabei sollten Auftragsvergabe und Auftragsbestätigung immer schriftlich erfolgen. Viele Auseinandersetzungen über Abweichungen der gelieferten von der geforderten Qualität ließen sich vermeiden, wenn bei Auftragsvergabe eindeutige Qualitätsabreden getroffen worden wären. Je sorgfältiger der Auftrag formuliert und je klarer er bestätigt wird, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, daß es nach Auftragsabwicklung zu Auseinandersetzungen kommt. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß der Auftrag nicht nur die Menge und den Preis der zu erzeugenden Gegenstände enthält, sondern exakte Angaben zum Werkstoff und zur Qualität. Dabei versteht man nach DIN 55 350 unter Qualität die Gesamtheit von Eigenschaften und Merkmalen eines Produkts oder einer Tätigkeit, die sich auf deren Eignung zur Erfüllung gegebener Erfordernisse beziehen. Die Anforderungen an die Qualität können sich richten auf das Festigkeitsverhalten, die Korrosionsbeständigkeit, die Hoch- oder Tieftemperatureignung, auf Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit, Gütesicherung nach DIN 8 563 usw. Alle diese Faktoren können die Konstruktion oder die Fertigung oder beides beeinflussen. Sie sind daher bei Auftragsvergabe und Auftragsbestätigung schriftlich zu fixieren.

Es gibt zahlreiche Produkte, für deren Erzeugung das zweckmäßigste Verfahren gewissermaßen selbstverständlich ist. So werden Schiffe oder Kraft- und Schienenfahrzeuge „selbstverständlich” geschweißt, Pkw-Motorgehäuse gegossen, Turbinenschaufeln gesenkgeschmiedet, gewisse elektronische Bauelemente gelötet, Flugzeugteile geklebt oder in Sonderfällen aus dem Vollen herausgearbeitet (bei bis zu 95% Zerspanungsabfall). Natürlich sind die oben für bestimmte Fertigungsverfahren getroffenen Entscheidungen begründbar. Man muß sich demnach Gedanken darüber machen, welche Faktoren eine solche Entscheidung bestimmen. Man wird dann feststellen, daß die Wahl des Fertigungs- oder Herstellungsverfahrens meistens keineswegs selbstverständlich ist, sondern daß man sich zwischen Alternativen zu entscheiden hat. So kann eine Kurbelwelle oder eine Pleuelstange im Gesenk geschmiedet oder brenngeschnitten, verformt und geschweißt werden. Ein Getriebekasten oder das Bett einer Werkzeugmaschine können in Guß- oder Schweißkonstruktion entstehen usw. Die wichtigsten Faktoren, welche zur Entscheidung über das zu wählende Fertigungsverfahren herangezogen werden müssen, sind

Der Ablauf eines systematischen Konstruktionsprozesses läßt sich nach [E 1, P 1, R 3, 4, V 1] in einzelne Abschnitte unterteilen, die gemäß Bild 29.1 [R 4] unterschiedlich benannt, teilweise auch anders gegliedert werden. Angestrebt wird in jedem Falle, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand die beste Lösung zu finden. Die Produktkosten werden durch Entwicklung und Konstruktion erheblich beeinflußt. Dabei spielt der Anwendungsbereich (Groß- und Mittelmaschinenbau bzw. Feinwerktechnik, Flugzeug- oder Reaktorbau) ebenso eine Rolle wie die Frage, ob es sich um Einzel-, Serien- oder Massenfertigung handelt [R 3]. Die Fertigungskosten lassen sich zwar im allgemeinen durch Verringerung der Bauteilmasse senken, aber nur dann, wenn diese Massenersparnis weder durch zusätzliche Zerspanungsarbeit noch durch feingliedrige Schweißkonstruktionen mit erheblichem Fertigungsaufwand erreicht werden kann. Es gibt aber auch Fälle, in denen zu Lasten der Fertigungskosten allein die Massenverringerung von Bedeutung ist. Hierzu zählt z.B. der Flugzeug-, Raketen- und Raumflugkörperbau.

Der Konstrukteur muß, um schweißgerecht gestalten zu können, eine Reihe von Faktoren berücksichtigen. Zunächst ist festzuhalten, daß Schweißen ein Fertigungsverfahren unter anderen ist, mit dem ein bestimmtes Erzeugnis wirtschaftlich so hergestellt werden soll, daß es den Anforderungen des Verbrauchers genügt. Wird ein solches Erzeugnis späterhin nur wenig beansprucht, so wäre jeder Pfennig Verschwendung, der für Maßnahmen aufgewendet wird, die die Festigkeit der Konstruktion über das notwendige Maß hinaus erhöhen. Der Konstrukteur kennt Art und Höhe der zu erwartenden Beanspruchungen im Bauteil und kann gemeinsam mit dem Schweißingenieur beurteilen, ob verteuernde Maßnahmen, die zur schweißgerechten Konstruktion führen, im Einzelfall berechtigt sind oder nicht. Anders ausgedrückt: Der für eine schweißtechnisch richtige Gestaltung erforderliche Aufwand muß in einem vernünftigen Verhältnis zum gewünschten Ergebnis stehen. Was man erreichen will, ist demnach eine zweckbedingte Güte.

Je nach Arbeitstemperatur T_A wird in Weichlöten (T_A ≦ 450°C), Hartlöten (T _A > 450 °C) und Hochtemperaturlöten (T_A > 900 °C) unterschieden. Verwendet wird ein geschmolzenes Zusatzmetall, das Lot, und im allgemeinen ein Fluß-mittel und/oder Lötschutzgas. Ohne diese Löthilfsmittel wird im Vakuum gelötet. Üblich ist das Spaltlöten, bei dem die miteinander zu verbindenden Oberflächen einen kleinen gleichbleibenden Abstand b_s voneinander haben (Bild 31.1a). Das Fugenlöten mit Lötspalten b _F größer 0,5 mm oder V- bzw. X-förmig ausgebildeten Fugen ist auf Sonderfälle, z.B. das Hartlöten verzinkter Rohre, begrenzt.

Zur Lösungsfindung und zur Auswahl des Verbindungsverfahrens gibt Tabelle 32.1 Hinweise. Darüber hinaus sind die in Tabelle 32.2 zusammengestellten Eigenschaften von Klebern maßgebend für die Wahl des Klebers, der Verbindung und deren Herstellung. Vorteilhaft gegenüber anderen Verbindungsverfahren ist die Möglichkeit einer großflächigen Übertragung von Kräften. Artverschiedene Werkstoffe lassen ich verbinden, denn das Gefüge der Fügeteilwerkstoffe bleibt unbeeinflußt, weil die Verarbeitungstemperatur unter 200°C liegt [R 19]. Deshalb kann auch bei dünnwandigen Teilen mit Verzugsfreiheit gerechnet werden. Die Klebschicht wirkt als Rißstopper. Als Nachteile sind zu nennen die nach oben begrenzte Einsatztemperatur, die Kriech- und Alterungsneigung der Kleber sowie die Feuchtigkeitsaufnahme bei Langzeiteinsatz, die mit einer erheblichen Festigkeitsminderung verbunden sein kann. Wie Lötverbindungen sind auch Klebverbindungen möglichst auf Schub bzw. Druck und nicht auf Zug oder gar auf Schälen (Bild 32.1) zu beanspruchen. Hinweise über Klebereigenschaften sind in [A 7, F 6, 7, H 20, M 11] zu finden. Eine Zusammenstellung einiger Kleber mit Hinweisen auf deren Eignung enthält Tabelle 32.2. Anzustreben sind glatte und nicht durch Rillen, Bördel oder Nuten unterbrochene Klebflächen zur Erzielung optimaler Verbindungsfestigkeiten. Der Einfluß des Klebspaltes auf die Zugscherfestigkeit ist aus Bild 32.2 ersichtlich.

Sinn des Leichtbaus ist es, durch den Einsatz von Werkstoffen geringer Dichte (Leichtstoffbau) oder durch werkstoffsparende Gestaltung (Leichtformbau) wirtschaftliche oder technische Vorteile zu erzielen. Solche Vorteile können z.B. liegen in

Als Schaden wird nach VDI-Richtlinie 3 822 jede Veränderung an einem Bauteil verstanden, durch die seine vorgesehene Funktion beeinträchtigt oder unmöglich gemacht wird oder die eine Beeinträchtigung erwarten läßt. Die Ursachen hierfür sind vielfältig, sie reichen vom ungeeigneten Werkstoff, über die unsachgemäße Berechnung, falsche Gestaltung, ungenügende Fertigung bis hin zum unsachgemäßen Betrieb und ggf. zur nicht richtigen Instandsetzung.’ Hier soll nur der Bereich der konstruktionsbedingten Schadensfälle angesprochen werden, obwohl diese weder im Auftreten noch in den Folgen schwerwiegender sind als anders bedingte Schäden. Anzumerken bleibt auch, daß Schäden in der Regel nicht auf eine Ursache allein, sondern meist auf das Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Umstände zurückzuführen sind.