Praxiswissen Schweißtechnik

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Schweißen ist ein Fügeprozess, bei dem zwei oder mehr Teile miteinander zu einem Kontinuum verbunden werden. Dabei werden die zu verbindenden Werkstoffe unter Anwendung von Wärme oder Kraft oder beides und mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff hergestellt. Schweißen kann auch zum Beschichten und zum Wiederaufschmelzen benutzt werden. DIN 1910-100 definiert diese und weitere Grundbegriffe zum Schweißen.

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

2. Schmelzschweißprozesse

Zusammenfassung

Unter dem Begriff Schmelzschweißen werden die Prozesse zusammengefasst, bei denen das Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne Schweißzusatz erfolgt (DIN 1910 Teil 2; ersetzt durch DIN ISO 857-1).

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

3. Prozesse des Pressschweißens

Zusammenfassung

Unter Pressschweißen versteht man nach DIN 1910 das Schweißen unter Anwendung von Kraft ohne oder mit Schweißzusatz; ein örtlich begrenztes Erwärmen ermöglicht oder erleichtert dabei das Schweißen.

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4. Löten

Zusammenfassung

Das Löten ist ein Fügeprozess, bei dem die zu verbindenden Grundwerkstoffe anders als beim Schweißen nicht aufgeschmolzen werden. Es entsteht ebenfalls eine unlösbare Verbindung durch das Aufschmelzen eines Zusatzes, dem Lot, gegebenenfalls mit Hilfe von Flussmitteln.

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

5. Metallkleben

Zusammenfassung

Das Metallkleben kann definiert werden als Prozess zu Herstellung einer festen Verbindung von gleichen oder unterschiedlichen Metallen durch eine artfremde Substanz, die infolge einer chemischen Härtungsreaktion verfestigt wird und die Teile durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie zwischen- und innermolekulare Kräfte (Kohäsion) im Kleber miteinander verbindet.

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6. Fügen durch Umformen

Zusammenfassung

Die mechanischen Fügetechniken finden überall dort Verwendung, wo es im Wesentlichen darauf ankommt, unterschiedliche Bauteilwerkstoffe zu verbinden, beschichtete Komponenten zu Baugruppen zusammenzufügen oder aber wo thermische Fügeverfahren den zu verbindenden Fügeteilwerkstoff unzulässig schädigen.

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7. Kunststoffschweißen

Zusammenfassung

Als Kunststoffe werden organische Werkstoffe bezeichnet, die im Wesentlichen aus langkettigen Makromolekülen (Polymeren) bestehen, die wiederum aus niedermolekularen Bausteinen (Monomeren) aufgebaut sind. Kennzeichnend sind starke Bindungsbezirke in den Ketten. Es kann sich dabei um

• abgewandelte Naturstoffe oder

• synthetisch hergestellte Substanzen

handeln.

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8. Auftragschweißen und Thermisches Spritzen

Zusammenfassung

Auftragschweißen ist das Beschichten eines Werkstücks durch Schweißen. Ziel ist es, eine funktionale Oberfläche zu schaffen, die allen sich aus dem Gebrauch ergebenden Anforderungen genügen muss. In erster Linie handelt es sich dabei um die Erhöhung des Widerstands gegen Verschleiß und Korrosionsangriff. Dies wird erreicht durch das Aufbringen eines geeigneten Auftragwerkstoffs auf den Grundwerkstoff.

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9. Thermisches Trennen

Zusammenfassung

Thermisches Trennen beschreibt den klassischen Vorgang des Zuschnittes von Blechen und Profilen vor der weiteren mechanischen Bearbeitung oder des Fügens der Einzelteile durch Schweißen, wird aber auch als reines Fertigungsverfahren ohne weitere Nacharbeit eingesetzt, da die Oberflächenqualität und Genauigkeit der Schnittflächen nahezu die des Fräsens erreicht.

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10. Flammrichten

Zusammenfassung

Nach SEW 088 versteht man unter Flammrichten eine schnelle und örtlich begrenzte Erwärmung von Bauteilen mit dem Ziel, dem Bauteil eine gewünschte Form zu geben oder Formabweichungen, wie sie bei jeder schweißtechnischen Fertigung auftreten, zu beseitigen. Die Erwärmung erfolgt dabei mit kurzer Verweildauer der Flammrichttemperatur im oberflächennahen Bereich oder über die gesamte Werkstückdicke. Diese Flammrichttemperatur ist die höchste während des Flammrichtens auftretende Temperatur im Bauteil, ohne den Werkstoff zu schädigen (bei Stählen ca. 650 bis 700 °C). Die schnelle und örtlich begrenzte Erwärmung bewirkt eine Ausdehnung des Werkstücks, die jedoch durch die umliegenden kalten Bereiche behindert wird. Da bei erhöhter Temperatur die Streckgrenze sinkt, wird eine plastische Stauchung der erwärmten Zone hervorgerufen. Beim Abkühlen schrumpft die gesamte erwärmte Zone, wobei die gestauchte Zone (mit größerer Wanddicke) kürzer wird als sie vor dem Richtvorgang war (Volumenkonstanz).

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11. Werkstoffe und Schweißen

Zusammenfassung

Beim Schmelzschweißen wird der Werkstoff an der Schweißstelle durch die Einwirkung der Wärmequelle über seinen Schmelzpunkt erwärmt und dabei aufgeschmolzen. Zum benachbarten Grundwerkstoff beidseits der Naht nimmt die Temperatur exponentiell ab. Der Temperaturgradient wie auch die maximale Temperatur sind dabei abhängig von der Leistungsdichte, der Schweißgeschwindigkeit und den physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs. Abb. 11.1 zeigt die Temperaturfelder für zwei Verfahren unterschiedlicher

Leistungsdichte. So findet man beim Elektronenstrahlschweißen, gekennzeichnet durch eine hohe Leistungsdichte, einen hohen Temperaturgradienten, d. h. einen steilen Abfall der Temperatur vom Maximalwert – dargestellt durch die dicht beieinander liegenden Isothermen des Temperaturfeldes. Im Gegensatz dazu verläuft die Temperaturkurve beim Gasschmelzschweißen mit seiner vergleichsweise geringen Leistungsdichte wesentlich flacher.

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12. Anforderungsgerechte Gestaltung von Schweißkonstruktionen

Zusammenfassung

Die anforderungsgerechte Gestaltung ist eine branchenneutrale Gliederung allgemein gültiger Konstruktionsregeln.

Gestaltung ist immer eine individuelle Sache. Bei der Fertigung eines geschweißten Bauteils muss aber stets die Funktion dieses Teils an erster Stelle stehen. Eine sichere Funktion, unabhängig, in welchem technischen Bereich das Teil eingesetzt werden soll, muss mit vertretbarem technischen und wirtschaftlichen Aufwand herstellbar sein.

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13. Anwendungsgerechte Gestaltung von Schweißkonstruktionen

Zusammenfassung

Die Normenreihe DIN 18800 war seit Jahrzehnten Basis für den Stahlbau in Deutschland. Im Zuge der Harmonisierung von Rechts- und Verwaltungsvorschriften wurde im Amtsblatt der Europäischen Union vom 17.12.2010 veröffentlicht, dass EN 1090 die gültige Norm zur Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken wird. Es begann eine erste Koexistenzperiode, in der nach beiden Normen, DIN 18800 und DIN EN 1090, Berechnungen durchgeführt und Tragwerke gebaut werden konnten. Da zum avisierten Ende dieser Koexistenzperiode am 01.07.2012 nicht alle Betriebe in Deutschland ihre Zertifizierungen umstellen konnten, wurde diese Koexistenzperiode verlängert auf den 01.07.2014, jedoch in manchen Bundesländern, wie z. B. Bayern, wiederum auf sechs Monate verkürzt (01.01.2014). Im Rahmen dieses Buches kann deshalb nicht auf alle Einzelheiten konkret eingegangen werden, da nach wie vor gesetzliche als auch normative Regelungen sich ändern.

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14. Berechnung von Schweißnähten

Zusammenfassung

Die Berechnung von Schweißnähten folgt den Grundgleichungen der Festigkeitslehre.

Im Prinzip ist der Nachweis zu führen, dass die auftretenden Spannungen in Schweißnähten werkstoff-, bauteil- und belastungsabhängige Grenzwerte nicht überschreiten.

Grundsätzlich muss zwischen den einzelnen Fachgebieten unterschieden werden, den so genannten geregelten und ungeregelten Bereichen.

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15. Schweißeigenspannungen und -verformungen

Zusammenfassung

Eigenspannungen sind Spannungen, die in einem Bauteil vorhanden sind, ohne dass äußere Kräfte und Momente darauf einwirken. Sie stehen zueinander im Gleichgewicht, weshalb immer Bereiche mit Zug- und andere mit Druckeigenspannungen vorliegen. Die Messung von Eigenspannungen ist zerstörungsfrei röntgenografisch oder magnetisch nur bis etwa 0,5 mm Tiefe möglich und gestattet keine gültige Aussage über den Gesamtquerschnitt. Die zerstörenden Verfahren (Abätzen oder Zerteilen) geben bessere Auskünfte [4].

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

16. Darstellung und Ausführung von Schweißverbindungen

Zusammenfassung

Für die zeichnerische Darstellung von Schweiß- und Lötnähten ist DIN EN 22553 die wichtigste Grundlage.

Prinzipiell haben bei der zeichnerischen Darstellung von Schweißnähten die Grundregeln für technische Zeichnungen Gültigkeit. So z. B. das Symmetriegesetz, d. h. dass jede Naht am Bauteil nur in einer Ansicht bezeichnet werden muss. Dabei erfolgt die Bemaßung bevorzugt an der sichtbaren Fügekante.

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

17. Wirtschaftlichkeitsüberlegungen

Zusammenfassung

Für die Herstellung geschweißter Bauteile gelten die gleichen Prinzipien bezüglich Kosten und Wirtschaftlichkeit, wie sie allgemein in der Fertigung im Stahlbau, Behälterbau oder Maschinenbau Gültigkeit haben. Der Anteil der Personalkosten muss gesenkt, die Maschinenlaufzeiten gesteigert, der Automatisierungsgrad erhöht und der Fertigungsablauf besser, fehlerfreier und leistungsfähiger gestaltet werden.

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18. Qualitätssicherung

Zusammenfassung

Zur Vermeidung von Produktfehlern und Lieferschwierigkeiten nimmt die Qualitätssicherung einen immer stärkeren Platz ein. Je besser die Qualität vom Kunden eingeschätzt wird, desto höher wird sich der Marktanteil einstellen (return on investment). Dabei sollte sich aber die hohe Qualitätsphilosophie auf ein vernünftiges Maß an Qualitätssicherungsmaßnahmen einpendeln.

Elementare Überlegungen sollen im folgenden Kapitel vorgestellt werden.

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19. Anhang

Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

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