Schweißen

Schweißen[1]

Unter Schweißen versteht man „das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwen­dung von Wärme oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffen“. Von allen Verfahren ist das Schmelzschweißen das bekannteste, wobei die zu verbindenden Werkstoffe bis zu deren Verflüssigung erhitzt werden und sich vermischen, so dass sie nach dem Erstarren fest miteinander verbunden sind.

Zweck des Schweißens

                                 

Stoßarten:
1. Stumpfstoß, z. B. für I-Naht

2. Stoß für V-Naht

3. Überlappungsstoß, für Punktnaht

4. T-Stoß für Kehlnaht

 

 

 

 

 

 

 

Bei der Begriffsbestimmung wird nach dem Zweck des Schweißens zwischen der Verbindungs- und Auftragschweißung unterschieden. Verbindungsschweißen ist das Zusammenfügen (DIN 8580) von Werkstücken, beispielsweise mit einer Rohrlängsnaht. Auftragschweißen ist das Beschichten (DIN 8580) eines Werkstückes durch Schweißen.

Schmelzschweißen ist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss, ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne gleichartigem Schweißzusatz (ISO 857-1 Prinzipiell können alle Materialien, die in die schmelzflüssige Phase überführbar sind, durch Schweißen verbunden werden. Häufigste Anwendung findet das Schweißen bei der stoffschlüssigen Verbindung von Metallen, Thermoplasten oder auch beim Glas sowohl bei Gebrauchsprodukten, als auch zur Verbindung von Glasfasern in der Nachrichtentechnik. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren mit einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt, beim Reibverschweißen auch flächig. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt.

Einfluss der Schweißung auf den Grundwerkstoff

Der Grundwerkstoff kann durch die Schweißwärme und die anschließende verhältnismäßig schnelle Abkühlung nachteilige Eigenschaften aufweisen. Abhängig vom Werkstoff und der Abkühlprozesse können beispielsweise eine Aufhärtung oder Versprödung verursacht werden. Darüber hinaus können hohe Eigenspannungen im Übergang der Schweißnaht zum Grundwerkstoff entstehen. Dem kann durch eine Vielzahl von Gegenmaßnahmen in der Fertigung begegnet werden. Dazu zählen schweißtechnische Maßnahmen, wie zum Beispiel die Auswahl geeigneter Schweißverfahren, Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißnaht-Nachbehandlungsverfahren, Vorwärmung des Werkstücks ebenso wie konstruktive- und fertigungstechnische Maßnahmen, beispielsweise die richtige Schweiß- und damit Zusammenbaufolge, Auswahl geeigneter Nahtformen und, sofern Wahlmöglichkeit vorhanden, die Auswahl des richtigen Grundwerkstoffs.

Schweißeignung des Stahls

Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % gelten nur noch als bedingt schweißbar, es sind zusätzliche Maßnahmen wie beispielsweise das Vorwärmen erforderlich. Der Kohlenstoffgehalt des Stahls alleine macht jedoch keine Aussage über die Schweißbarkeit, da diese auch von vielen anderen Legierungselementen beeinflusst wird. Zur Beurteilung wird daher das Kohlenstoffäquivalent (CEV) berücksichtigt. Bei vielen Bauteilen sind, abhängig von Konstruktion und Werkstoff, zur Vermeidung von Rissbildung und Brüchen (Terrassenbrüche), Zusatzmaßnahmen erforderlich, Vorwärmen oder langsames Abkühlen, Spannungsarmglühen oder Pufferschweißungen. Im Allgemeinen sind hoch- oder höherlegierte Stähle schwieriger schweißbar und erfordern besonderes Wissen und Kontrollen des Fertigers. In allen Unternehmen wird unter anderem auch deshalb, neben den zwingend erforderlichen geprüften Schweißern, eine verantwortliche Schweißaufsicht bestellt. Ohne Bestellung ist der Firmeninhaber automatisch haftende Schweißaufsicht. Ab der Klasse B muss speziell ausgebildetes Schweißfachpersonal, wie beispielsweise Schweißfachingenieur/-techniker/-mann eingesetzt werden, um die nötige fachtechnische Begleitung der Schweißarbeiten zu gewährleisten.

Lebensdauerverlängerung durch Nachbehandlungsmethoden

Die Betriebsfestigkeit und Lebensdauer dynamisch belasteter, geschweißter Stahlkonstruktionen wird in vielen Fällen durch die Schweißnähte, insbesondere die Schweißnahtübergänge bestimmt. Durch gezielte Nachbehandlung der Übergänge durch Schleifen, Strahlen, Kugelstrahlen, hochfrequentes Hämmern, etc. oder die sogenannte Nahtabdichtung (passiver Korrosionsschutz durch Beschichtung mit einem korrosionsbeständigem, langlebigem Material, z.B. Kunststoffe) kann die Lebensdauer mit einfachen Mitteln bei vielen Konstruktionen erheblich gesteigert werden.

Feuerschweißen

Schmiedefeuer, unverzichtbar zum Feuerschweißen

Das Feuerschweißen ist die älteste bekannte Schweißmethode. Dabei werden die zu verbindenden Metalle im Feuer unter Luftabschluss in einen teigigen Zustand gebracht und anschließend durch großen Druck, zum Beispiel durch Hammerschläge, miteinander verbunden. Diese dürfen anfangs nicht zu stark sein, da sonst die zu verbindenden Teile wieder auseinander geprellt werden. Im Gegensatz zu den meisten anderen Schweiß­methoden wird der Stahl hierbei nicht aufgeschmolzen. Luftabschluss ist nötig, damit die Oberflächen bei Schweißtemperatur (1200 bis 1300 °C) nicht oxidieren. Ursprünglich wurde Luftabschluss durch eine stark reduzierende Flamme bzw. feinkörnigen Flusssand erreicht, wobei es schwierig war, einen solchen Sand mit dem richtigen Schmelzpunkt zu finden. Heutzutage benutzt man Borax, welches sich wie eine flüssige Haut über die Stahlteile legt und diese dadurch vor Oxidangriff schützt. Mit Feuerschweißen wurden früher vom Schmied unter anderem Waffen geschmiedet, zum Beispiel Dolche und Schwerter aus Damaszener Stahl.

Gasschmelzschweißen

Autogenschweißung mit Zusatzdraht an einer Automobilkarosserie

Beim Gasschmelzschweißen, umgangssprachlich auch Autogenschweißen genannt, wird das Metall durch Ver­bren­nungsgase, in der Regel eines AcetylenSauerstoffGemisches, erhitzt. Die Temperatur der Flamme beträgt dabei etwa 3200 °C. In der Regel wird ein Schweißdraht als Zusatzwerkstoff verwendet. Die Gasflamme schirmt das Schweißbad gegenüber der umgebenden Atmosphäre ab; bei neutraler Einstellung des Brenners wird in dem Bereich der Flamme, der zum Schweißen verwendet wird, exakt so viel Sauerstoff zugeführt, wie das Acetylen für die Verbren­nung benötigt.

Das Gasschmelzverfahren eignet sich sowohl für Schweißarbeiten im Werk als auch auf der Baustelle. Je nach Art der Zusatzdrahtführung unterscheidet man das „Nach-Links-Schweißen“, bei dem der Draht in Schweißrichtung vor dem Schmelzbad geführt wird, oder das „Nach-Rechts-Schweißen“, bei dem die Flamme vor dem Draht geführt wird. Durch den großen Wärmeeinflussbereich wird ein hoher Verzug am Werk­stück hervorgerufen. Das relativ langsame Verfahren eignet sich in erster Linie zum Schweißen dünner Bleche und einiger NE-Metalle (Nichteisen-Metalle) sowie für Reparatur- und Auftragsschweißung. Besonders im Heizungs-, Installations- und Rohrleitungsbau kommt dieses Verfahren zur Anwendung, verliert jedoch auch dort zunehmend an Bedeutung

Schutzgasschweißen (SG)

Schutzgasschweißen

Metallschutzgasschweißen
1. Vorschubrichtung
2. Kontakthülse
3. Schweißdraht
4. Schutzgas
5. Schmelzgut
6. Schweißraupe
7. Grundmaterial

Metallschutzgasschweißen (MSG)

Das teilmechanische Metallschutzgasschweißen (MSG), wahlweise als MIG (Metallschweißen mit inerten Gasen, oder MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven, also reaktionsfähigen Gasen), ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Die gebräuchlichen Schweißdrahtdurchmesser liegen zwischen 0,8 und 1,2 mm (seltener 1,6 mm). Gleichzeitig mit dem Drahtvorschub wird der Schweißstelle über eine Düse das Schutz- oder Mischgas mit ca. 10 l/min (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdrahtdurchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde. Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO2 oder einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen CO2 und O2 (z.B. „Corgon”) gearbeitet. Je nach ihrer Zusammensetzung kann der Schweißprozess (Einbrand, Tropfengröße, Spritzerverluste) aktiv beeinflusst werden; beim Metallinertgasschweißen (MIG) wird als Edelgas Argon, seltener auch das teure Edelgas Helium, verwendet. Das MAG-Verfahren wird in erster Linie bei Stählen eingesetzt, das MIG-Verfahren bevorzugt bei NE-Metallen.

Wahlweise können beim Metallschutzgasschweißen auch Fülldrähte, auch Röhrchendrähte genannt, eingesetzt. Diese können im Inneren mit einem Schlackebildner und ggf. Legierungszusätzen versehen sein. Sie dienen dem gleichen Zweck wie die Umhüllungen der Stabelektrode. Einerseits tragen die Inhaltsstoffe zum Schweißvolumen bei, andererseits bilden sie eine Schlacke auf der Schweißraupe und schützen die Naht vor Oxidation. Letzteres ist vor allem bei dem Schweißen von Edelstählen wichtig, da die Oxidation, das „Anlaufen“ der Naht auch nach dem Weiterführen des Brenners und damit dem Weiterführen der Schutzgasglocke verhindert werden muss.

Geschichte

Das MSG-Schweißen wurde erstmals 1948 in den USA in der Inertgas- bzw. Edelgas-Variante angewandt, damals wurde es auch als SIGMA-Schweißen (engl. shielded inert gas metal arc) bezeichnet.

In der Sowjetunion wurde ab 1953 anstelle der teuren Edelgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen verwendet, nämlich Kohlendioxid (CO2). Dies war nur möglich, weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die den beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen ausgleichen.



[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Schweißen

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