Schweißen von Metallen

Schweißen vom Metallen

1 Preß - Verbindenschweißen

1.1 Schweißen durch Bewegung

Das Preß - Verbindungsschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem die Arbeitstemperatur meist unterhalb des Schmelzpunktes liegt.
Preß - Verbindungsschweißen geschieht unter Anwendung von Kraft ohne oder mit Schweißzusatz. Eine örtlich begrenzte Erwärmung (u. U. bis zum Schmelzen) ermöglicht oder erleichtert den Schweißvorgang.

1.1.1 Kaltpreßschweißen (KP)

Beim Kaltpreßschweißen erfolgt die Verbindung der Teile unter Druck ohne Wärmezufuhr.
Schweißzusatzwerkstotfe werden im allgemeinen nicht verwendet. Die Verbindung entsteht durch
Kohäsionskräfte bzw. Adhäsionskräfte.

Man verbindet bei diesem Verfahren Folien und Bleche durch Überlappnähte, oder man verbindet Drähte bzw. Formteile durch Stumpfnähte miteinander. An der Schweißstelle treten ähnlich starke Verformungen wie z.B. beim Ziehen von Rohren oder beim Fließpressen auf. Man versucht deshalb heute, beide Verfahren in einem Arbeitsgang zu kombinieren, und erhält so durch gleichzeil _ Anwendung von Massivumtormung und Kaltpreßschweißung Rundkörper großer Festigkeit hoher Maßgenauigkeit. Diese spezielle Fertigungsmethode verlangt als Vorbedingung für ein wirtschaftliche Herstellung vorläufig noch kleine Werkstückabmessungen und hohe Stöckzahlej

1.1.2 Schockschweißen (EX)

Die Werkstücke verbinden sich an den Stoßflächen ohne Wärmezufuhr unter Anwen schlagartiger Kraft. Die durch die auftretende Prallenergle erzeugte Wärme erleichtert die Bildur molekularer Bindungen. Werkstücke werden an den Stoßflächen meist ohne Schweißzus verbunden.

Sprengschweißen (S)

Erzeugen der Energie durch Detonation von Sprengstoff.

Sprengbolzenschweißen (SB)

Magnetimpulsschweißen (MI)

1.1.3 Ultraschallschweißen (US)

Das Ullraschallschweißen ist eine Kombination zwischen Ultraschallreinigen und Kaltpreßschweißen, es beruht auf dem Prinzip, dass die Berührungsflächen überlappt angeordneter Teil mit hoher Frequenz (1 - 100 kHz) und unter gleichzeitiger Anwendung von Kraft aufeinandE reiben und dadurch verschweißen. Ein Zusatzwerkstoff ist nicht erforderlich.

Man verschweißt damit Folien bis minimal 0,004 mm Dicke, dünne Bleche sowie Drähte und Rohre kleiner Wanddicke. Die Dicke des zweiten Werkstückes einer Verbindung spielt kaum eine Rolle, also lässt sich z.B.
ein 0,12 mm dickes Stahlblech auf ein 20 mm dickes Blech schweißen.

Der Vorgang ähnelt dem ,,Fressen", die beiderseitigen Kristallgitter berühren sich nach Beseitigung der Unebenheiten so nahe, dass atomare Kräfte wirksam werden. Dieses Wirksamwerden atomarer Kräfte ist wesentliche Voraussetzung für ein Verschweißen. Eine Temperaturerhöhung ist für den Prozeß nicht von Bedeutung, deshalb lassen sich auch Metalle mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, Silber, Aluminium sehr leicht mit Ultraschall verschweißen.
Auch andere Gebrauchsmetalle und Kunststoffe sind mit sich selbst und in verschiedenen Kombinationen untereinander verschweißbar. In der Elektronik und Feinwerktechnik wird das Verfahren viel benutzt, weil es sich zur Verbindung sehr kleiner und dünner Werkstücke (Bleche und Drähte) besonders eignet.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt speziell dort, wo kein Reinigungsaufwand gewünscht wird. Es lässt sich in einen kontinuierlichen Fertigungsablauf eingliedern, und da es wärmearm arbeitet, ist es auch von dieser Seite für das Bedienungspersonal ungefährlich.


Die Grenzen liegen in der schweißbaren Werkstückdicke, die maximal 1 mm nicht überschreiten soll. Spröde Metalle und Kerben geben Anlass zu Ermüdungsbrüchen.

1.1.4 Reibschweißen (FR)

Das Reibschweißen beruht darauf, dass zwei Werkstückstoßflächen unter Anpreßdruck so lange gegeneinander bewegt werden, bis die dabei entstehende Reibungswärme das Verschweißen ermöglicht.

Die beim Reibschweißen auftretende sehr starke Erwärmung bleibt auf eine schmale Zone beiderseits der Reibflächen beschränkt. Der Vorgang dauert 0,8... 100s. Das Verfahren eignet sich besonders zur Verbindung rotationssymmetrischer Teile. An der Schweißnaht bildet sich ein starker Wulst, den man jedoch durch Profilieren der Stoßflächen weitgehend beeinflussen kann.

Die Reibleistung ergibt sich aus dem Produkt Drehmoment mal Drehfrequenz. Die maximal erforderliche Temperatur wird durch die plastischen Eigenschaften der Werkstoffe bestimmt.

1.1.4.1 Konventionelles Reibschweißen

Das Verfahren läuft in vier Phasen ab:

1. Rotation des einen Werkstückes bei Stillstand des anderen.

2. Das stillstehende Teil wird mit 20... 100 N/mm² gegen das rotierende Werkstück gedrückt.

3. Die sich berührenden Stoßflächen erwärmen sich am Schweißstoß fast auf Schmelzpunkt - temperatur.

4. Nach Freigabe des stillstehenden Teiles oder nach schlagartigem Abbremsen des rotierenden Teiles wird die Axialkraft erhöht, dabei ergibt sich ein dichtes Gefüge in der Schweißzone (siehe Seite 163, Bilder 1 und 2>.

1.1.4.2 Schwungrad - Reibschweißen

1.1.4.3 Verschweißbare Werkstoffe

Kohlenstoffarme Stähle verschweißen durch Reibschweißen sehr gut, härtbare Stähle verspröden, außerdem lassen sich artgleiche Werkstoffe, wie Aluminium, Kupfer, hochfeste titanlegierte und korrosionsbeständige Stähle sowie kunststoffe Jhermoptaste) miteinander verschweißen. Die werkstoff - , druck - und drehfrequenzabhängige Schweißzeit beträgt 0,8 bis 1 00 s, die mittlere Reibgeschwindigkeit 0,9 bis 1 m/s, und die Qberflächenpressung ist werkstoffabhängig. Die erreichten Festigkeitswerte entsprechen denen des Grundwerkstoffes.

1.2 Schweißen durch Gas

1.2.1 Feuerschweißen

Das Feuerschweißen (Hammerschweißen> ist das älteste Schweißverfahren, von dem sich auch die Bezeichnung Schweißen herleitet, weil man nach diesem Verfahren die Werkstoffoberflächen zum ,Schwitzen" brachte und so die Werkstücke miteinander ,,schweißte". Sei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile auf eine Temperatur von rund 1200 bis 1300⁰C gebracht. Die Oberflächen werden leicht angeschmolzen und dann mit Hammerschlägen ineinandergetrieben. Das Feuerschweißen wird nur noch für fachgetreue Kunsischmiedearbeiten aus unlegiertem Baustahl angewendet.

1.2.2 Diffusionsschweißen

Das Diffusionsschweißen ist ein dem Preßschweißen ähnliches Verfahren, bei dem die Schweiß - zone bis unterhalb der Soliduslinie erwärmt und unter geringem Druck bei einem Minimum an makroskopischer Verformung entweder im Vakuum oder in einem Schutzgas so lange zusammen gedrückt wird, bis die Teile durch Diffusion, im festen Zustand, vereinigt sind. Das Verfahren wird speziell in der Reaktor - und Luftfahrtindustrie angewendet, wo die benötigten Bauteile möglichst leicht - Leichtbauweise aus Titanlegierungen - aber sehr fest sein und unter extremen Bedingun gen eingesetzt werden müssen.


Die entstehende Verbindungsnaht bei diesem Fügeverfahren weist gegenüber dem ursprünglichen Gefüge des Grundwerkstoffs kaum eine Änderung auf.

1.2.3 Verfahrensvorgang

Um den Einfluß der Atmosphäre auszuschalten, ist eine hochevakuierte Kammer erforderlich. Die zu verbindenden Teile werden durch Krafteinwirkung n innigen Kontakt gebracht, das anschließende induktive (induktive Hoch - oder Mittelfrequenzen) - bei kleinen Werkstückquer - schnitten auch konduktive - Erwärmen bis unterhalb der Soliduslinie bewirkt Diffusion. Durch Anwendung von Druck und Wärme erfolgt die Diffusion. Dabei wandern die Atome, von den Rauhigkeitserhöhungen beginnend, wechselseitig von einem Werkstück in das andere: Es werden zwischenmolekulare Kräfte aufgebaut.

1.2.4 Gaspreßschweißen

1.3 Schweißen durch Flüssigkeit

1.3.1 Gießpreßschweißen

Bei diesem Verfahren wird die eingeformte Schweißstelle durch Übergießen mit dem gesondert
(z. B. aluminothermisch) geschmolzenen Wärmeträger ausreichend erwärmt und unter Druck
geschweißt. Meist wird Thermit angewendet, ein Reaktionsgemisch aus ca. 75 % Eisenoxid und
25 % Aluminiumgrieß.

Die Reduktion findet wie folgt statt: 3 Fe₃Q₄ + 8 AI ⇔ 4 A1₂0₃ + 9 Fe + 3,4 MJ

Das schmelzflüssige Eisen (mit Legierungselementen) umgibt die Fügeflächen, das leichtere Aluminiumoxid steigt auf und schützt die Fügezone vor Luftzutritt.

1.4 Schweißen durch elektr. Strom

1.4.1 Widerstandspreßschweißen

Beim Widerstandsschweißen entsteht die Wärme durch einen elektrischen Strom und du die Übergangswiderstände an den Berührungsstelten, sowie durch den Ohmschen Widerstand der zu verbindenden Werkstoffe (\1\(iderstandserwärmung, Joulesche Wärr Geschweißt wird ohne oder - meist - mit kraft und mit oder - meist - ohne Zusatzwerkstoffe

Der Strom wird konduktiv über Elektroden zugeführt oder induktiv durch Hochfrequenzsi oder Mittelfrequenzspulen übertragen.

Die erwärmten Teile werden unter Druck geschweißt. Der erforderliche Schweißstrom (600 100000 A) wird von leistungsstarken Transformatoren (Wechselstrom) über Stufenschaltung abgegeben. Die Schweißspannungen liegen zwischen 0,5... 20 V.

1.4.1.1 Verfahrenstechnische Grundlagen

Die Widerstandsschweißverfahren - ausgenommen Widerstandsstumpfschweißen - beruhen auf gleichem Verfahrensprinzip, das wie folgt an Hand des Punktschweißens erklärt wird.

Der Ohmsche Widerstand R eines Körpers erzeugt bei bestimmter Durchflußdauer t einer bestimmten Stromstärke I eine bestimmte Wärmemenge Q.

Joulesche Wärme Q = I² R t

Bei Erreichen des teigigen teils schmelzflüssigen Werkstoffzu standes an den Berührungsflächen der Werkstücke wird durch Druck (z.B. Elektroden kraft) eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt.

Die Wärmebildung ist abhängig vom Gesamtwiderstand, der sich beim Punktschweißen aus
mehreren Einzelwiderständen, 4 Kontaktwiderständen bzw. Sloftwiderständen, bildet. Diese
Einzelwiderstände sind bestimmend für die Wahl der Maschinenparameter Stromstärke
(Schaltstufe und Phasenanschnitt), Schweißstromzeit und Elektrodenkraft.

bild

Die Elektrodenwiderstände sollen möglichst klein sein, damit der Strom verlustfrei zur Schweiß - stelle gebracht wird. Dabei sollen die Elektroden genügend warmfest sein, meist sind sie zudem wassergekühlt. Auch die beiden Kontaktwiderstände an den Elektroden sollen klein bleiben, um eine Erwärmung der Punktelektroden zu vermeiden. Die Werkstoffwiderstände sind stoffabhängig. Der Kontaktwiderstand zwischen den zu verbindenden Werkstücken soll primär die notwendige Schweißwärme erzeugen. Ist er jedoch infolge eines Luftspaltes oder durch schlechten Kontakt bzw. durch Oxide zu groß, dann tritt ein ,,Spritzen" auf, weil sich die Flächen kurzzeitig bis über den Siedepunkt des Werkstoffs erwärmen.

Folgende Faktoren bestimmen Güte und Linsengröße des Schweißpunktes bzw. der Schweißnaht

Die Elektrodenkontakffläche, die sich nach dem gewünschten Linsendurchmesser und die Werkstückdicke richtet. Die Schweißlinse soll je zur Hälfte in den zu verbindenden Teilen liegen. Die Bindezone muss bis zu einer gewissen Tiefe erschmolzen werden, damit eine innige Verbindung zustandekommt.

Die Elektrodenkraft, die durch Veränderung des Übergangswiderstandes die Wärmeerzeugung beeinflußt. Sie richtet sich nach der Dicke der zu verbindenden Werkstücke. Dickere Bleche oder unzureichend aufeinanderliegende Teile müssen mit größerer Kraft zusammen gepreßt werden. Bei weichen, gut leitenden Werkstoffen ist die Elektroden kraft zu verring

Der Schweißstrom, der sich proportional zur Dicke der Werkstücke und zur Elektrodenkraft verhält. Die Schweißzeit (Stromzeit), die sich proportional zur Dicke der Werkstücke, zur Elektrodenkraft und umgekehrt proportional zur Schweißstromstärke zu richten hat. Durch Veränderung der genannten Einflußgrößen kann die Schweißlinsengröße fast beliebig beeinflußt werden.

Je länger die Stromzeit, desto größer die Wärmeeinflußzone und der Wärmeverlust.

Es ist möglichst hohe Stromstärke bei kurzer Stromzeit anzustreben.


Es gibt verschiedene Arten von Widerstandspreßschweißen.

Induktives Widerstandspreßschweißen Konduktives Widerstandspreßschweißen:

dazu gehören:

Preßstumpfschweißen Abbrennstumpfschweißen Schleifkontaktstumpfschweißen Rolltransformatorschweißen Rollnahtschweißen Buckelschweißen Punktschweißen

2 Schmelzschweißen (Schmelzverbindungsschweißen)

Das Schmelzschweißen ist ein Schweißen durch einen örtlich begrenzten Schmelzfluß, ohne Anwendung von Kraft, mit oder ohne Schweißzusatz.

2.1 Gießschmelzschweißen

2.1.1 Verfahrensbeschreibung

Die zum Schweißen erforderliche Wärme wird beim Gießschmelzschweißen durch flüssigen Schweißzusatzwerkstoff in die eingeformte Fuge zwischen den kalten oder vorgewärmten Teilen eingebracht, so dass die Teile anschmelzen. Der Schweißzusatz wird meist durch eine alumino - thermische Reaktion erschmolzen:

2.1.2 Thermitschweißen.

Reaktionsablauf bei Stahl: Fe₂O₃ + 2 Al ⇔ 2 Fe + A1₂0₂ + 760 kJ

1000 g Eisenthermit ergeben 530 9 Eisen und Aluminiumoxid.

Kupfer wird bei Kabelschweißungen an Schienen für Stromleistungs - und Erdungszwecke einge setzt.

Reaktionsablauf bei Kupfer: 1000 g Kupfer(II) - oxid - Thermitpulver ergeben hierbei 790 g Kupfer und 2170 kJ als Aufschmelzenergie für 0,5... 1,5 mm Aufschmelztiefe.

2.1.3 Schweißanlage

Der Anlagenaufwand ist gering: ein Schmelztiegel für die erforderliche Thermitmischung und eine Gießform. Die Form umfaßt den Gießraum, in den die Werkstückenden hineinragen und in dem z.B. Schienenenden auf 100000 vorgewärmt werden. Der im Schmelztiegel erschmolzene Thermitstahl fließt mit 2500... 300000 in die Gießform, schmilzt die Werkstückenden vollends auf und bildet eine hochwertige Schweißzone.

2.1.4 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen

Beim Thermitschweißen wird vorwiegend Stahl verwendet. Legierungsbestandteile können dem Thermitpulver beigemischt werden. Langschienen der Deutschen Bundesbahn über mehrere km Länge sind dadurch möglich, aber auch Schienen für Straßenbahnen, Muffenstöße bei naturhartem Betonrippenstah u. Maschinenteile bis ∅ 600 mm.

2.1.5 Vorteile

Hervorragendes, zuverlässiges Schienenschweißverfahren, meist vor Ort. Reine Schweißzeit ca. 6 min pro Schienenstoß. Durch Legierungszusätze im Thermit sind verschleißfeste Verbindungen möglich.

2.1.6 Nachteil

Gute Ergebnisse sind nur bei vorgewärmten Schweißstößen erreichbar.

2.2 Gasschmelzschweißen (Gasschweißen)

Das Schweißbad bildet sich durch unmittelbares, örtlich begrenztes Einwirken einer Brenngas - Sauerstoff - Flamme. Wärme - und Schweißzusatzwerkstoff werden getrennt zugeführt.

2.2.1 Verfahrensbeschreibung

Das Gasschweißen ist ein Verfahren der Autogentechnik. Das Brenngas Acetylen C₂H₂ und der Sauerstoff 02 werden getrennt einem Schweißbrenner zugeführt, im Mischrohr eines Brennereinsatzes vermischt und außerhalb der Brennerspitze verbrannt. Hierbei muss die Gasaustrittsgeschwindigkeit größer als die Zündgeschwindigkeit sein. Die freigesetzte Wärme wird dem Werkstück zugeführt. Durch die Wahl der Brennergröße und des Schweißzusatzes kann die Wärmeleistung der Werkstückdicke angepaßt werden.

Die Schweißgüte ist weitgehend von der Flammeneinstellung abhängig.

2.2.2 Die AcetyIen - Sauerstoff - Flamme

Das Acetylen - Sauerstoff - Gemisch verbrennt in zwei Stufen mit einer Flammentemperatur von ca. 3200⁰C. Die höchste Energiedichte ist 2... 5 mm vor der ersten Verbrennungsstufe.

Folgende Acetylen - Sauerstoff - Flammen können eingesetzt werden: neutrale Flamme, Flamme mit Sauerstoffüberschuß und Flamme mit Acetylenüberschuß.

2.3 Lichtbogenschmelzschwejßen

Der Schmelzfluß entsteht durch Einwirken eines oder mehrerer Lichtbögen zwischen einer oder mehreren Elektroden und dem Werkstück. Bei Verwendung abschmelzender Elektro - den sind diese gleichzeitig Schweißzusatz.

Als Variante: (Lichtbogen - ) Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen. Hierbei wird der Lichtbogen durch ein ablenkendes Magnetfeld entlang dem Schweißstoß geführt.
Die für einen Lichtbogen notwendige Energie wird von Schweißstromquellen erzeugt. Angewendet wird Gleichstrom oder Wechselstrom.

Der Werkstoffübergang der Elektrode erfolgt im Lichtbogen je nach Art der Umhüllungstype und der Umhüllungsdicke in Tropfenform, feintropfig bis grobtropfig mit teilweisem Tropfenkurzschluß zum Werkstück. Die abschmelzende Elektrodenumhüllung schützt dabei Lichtbogen und Schmelzbad vor Luftzutritt.

2.3.1 Metallichtbogenschweißen

2.3.1.1 Lichtbogenhandschweißen (E)

2.3.1.1.1 Verfahrensbeschreibung;

Der Lichtbogen entsteht durch kurzzeitiges Be - rühren der Elektrode mit dem Werkstück. Bei Anwendung von Gleichstrom: Der hohe Kurz - schlußstrom lässt an der Elektrode bei negativer Polung (Kathode) Elektronen austreten, die zum Werkstück, dem positiven Pol (Anode) wandern.

Bild

Die kinetische Energie der Elektronen lässt an der Anode eine ca. 600⁰C höhere Temperatur entstehen als an der Kathode, der durch die Elekironenabgabe Energie entzogen wird.

Die Polung von Elektrode und Werkstück beeinflußt die Energieeinbringung und die Auf - schmeiztiefe am Werkstück sowie die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode.


An den Ansatzpunkten des Lichtbogens entstehen an der Kathode Temperaturen von 320000, an der Anode bis 380000. Die Energiedichte ist wesentlich größer als die der Acetylen - SauerstoffFlamme. Die Abschirmung des Schmelzbades gegen Luft wird durch abschmelzende Umhüllungsstoffe erreicht.

2.3.1.2 Metallichtbogenschweißen mit Fülldrahtelektrode (MF)

Die Fülldrahtelektrode wird ohne zusätzlich zugeführles Schutzgas abgeschmolzen. Der
Schweißvorgang wird bei der Drahtelektrode - anders als bei der Stabelektrode - nicht durch
Elektrodenwechsel unterbrochen.

2.3.1.2.1 Verfahrensbeschreibung

Die Schweißanlage ist wie für das Metallschutzgasschweißen aufgebaut. Die Drahtelektrode, die aus einem Röhrchendraht oder einem gefalzten Draht besteht, hat eine meist basische Pulverfül - lung. Über das Pulver können dem Schmelzbad Legierungselemente zugeführt werden, die Lichtbogenstabilität wird verbessert, bei größerem Durchmesser kann mit höheren Stromstärken - bis 500 A - geschweißt werden. Durch Schutzgasbildung und durch Schlacke auf dem Schmelzbad ist der Schutz der Schweißnaht vor Zugluft so gut, dass auch im Freien bei mäßiger Zugluft geschweißt werden kann. Falls erforderlich, kann auch zusätztich mit dem Schutzgas Kohlenstoffdioxid oder mit Mischgasen gearbeitet werden.

2.3.1.2.2 Verschweißbare Werkstoffe

Je nach Zusammensetzung der Elektrode mit den Legierungsbestandteilen Kohlenstoff, Siliol um, Mangan, Nickel, Chrom, Molybdaen oder Wolfram ergeben sich Anwendbarkeiten beim Verbindungsschweißen von Baustahl, Schiffsbaustahl und Feinkornbaustahl und beim Herstellen von zähharten und abriebfesten Auftragschweißungen. Unbehandeltes Schweißgut oder kalt verfestigte Auftragungen können Härtewerte bis HV 700 bzw. HRG 60 aufweisen.

Siehe auch; DIN 8555 Schweißzusatzwerkstoffe für Auftragschweißen und DIN 8559 Fülidrahtelektroden für unlegierte und niedriglegierte Stähle.

2.3.1.3 Schutzgasschweißen (SO)

Das Schutzgasschweißen ist eine Untergruppe des Lichtbogenschmelzschweißens, bei der Elektrode, Lichtbogen und Schmelzbad gegen Einflüsse der Atmosphäre durch ein inertes oder aktives Schutzgas abgeschirmt sind. Die Schweißverfahren unterscheiden sich nach der Art von Elektrode und Schutzgas sowie zusätzlich nach der Art des Lichtbogens.

Inerte Schutzgase sind Argon

Aktive Schutzgase sind durchweg sauerstoffhaltige Gase, wie 100% Kohlenstoffdioxid oder Argon mit geringer Beimischung von Sauerstoff oder mit geringer Beimischung von Kohlenstoff - dioxid. Kohlenstoffdroxid ist ein thermisch instabiles Schutzgas, es zerfällt im Lichtbogenbereich und setzt Sauerstoff frei.


fleduzierende Schutzgase enthalten Wasserstoff.


Reaktionsträge Schutzgaseenthalten Stickstoff. Sie werden mit 1 bis 30 % Wasserstoffanteil als Wurzelschutz eingesetzt.




2.3.1.4 Wolfram - Schutzgasschweißen (WSG)


Wolfram - Schutzgasschweißen ist ein Schweißverfahren mit nicht abschmelzender EIek - trode (Dauerelektrode) aus Wolfram. Als Schweißenergie wird Wechselstrom oder Gleich - strom mit negativer Polung der Elekirode eingesetzt. Der Lichtbogen brennt im allgemeinen zwischen Werkstück und Elektrode, nicht jedoch bei einer bestimmten Form des Plasmaschweißens. Der Schweißzusatz wird stromlos dem Schweißbad zugeführt.



2.3.2 Unterpulverschweißen (LJP)


Beim UP - oder EI lira - Verfahren brennen ein oder mehrere Lichtbogen zwischen einer bzw mehre ren nackten abschmelzbaren Draht - oder Bandelektroden und dem Werkstück. Sie werden durc eine Pulverschicht ab9edeckt.

Bild

Die aus dem Pulver gebildete Schlecke schützt dass Schmelzbad gegen die Atmosphäre.

Die UP - Sohweißung ermöglicht das Absohmelzen großer Schweißgutmengen.


Je nach Anzahl und Anordnung der Schweißdrähte sowie dem Stromverlauf kennt man mehrere Varianten, z.B. UP - Eindrahtschweißen (Standardverfahren), UP - Tandemschweißung, UP - Doppeldrahtschweißung,
UP - Serienlichtbogenschweißen, UP - Schweißen mit Bandelektroden (Band - schweißen) usw. Spritzer entstehen nicht, die Nahtoberfläche ist sehr glatt, es kann mit Gleich - oder Wechselstrom gearbeitet werden. Das Nahtbild kann durch Ändern der Schweißdaten stark beeinflußt werden. Das Verfahren arbeitet wirtschaftlich und ist für die Auftragsschweißung gut geeignet.



2.3.2.1 Anwendung und praktische Hinweise


Mit dem UP - Verfahren erreicht man bei guter Wirtschaftlichkeit technologisch hochwertige, riß - freie Schweißnähte mit glatten Qberflächen, die kaum nachgearbeitet werden müssen. Es ist damit besonders für die Schweißung von Serien geeignet, z.B. im Behälter - und Apparatebau unter Verwendung von automatischen Schweißmaschinen, auch für das Plattieren und Panzern.


Nachteilig bei diesem Verfahren ist seine Spaltempfindlichkeit, die im Rohrleitungsbau und Apparatebau Schwierigkeiten bereiten kann. Ist der Luftspalt nicht gleichmäßig, dann stellt man oft ungenügendes Durchschweißen fest, die Schweißkennwerte müssen deshalb der engeren Spaltbreite angepaßt werden. Bei Spaltbreiten über 1 mm hat das meist ein Durchsacken des Schweißbades zur Folge. Die Verbindung mit dem Kurzlichtbogen (short arc) behebt weitgehend diesen Mangel, damit können Spalte bis 5 mm von Hand und bis 4 mm in mechanisierten Anlagen überbrückt werden. Kupferunterlagen an der Wurzelseite dienen dabei zur Schmelzbadsicherung.

UP - Drähte mit Durchmessern bis 5 mm und Bandelektroden mit Querschnittsmaßen bis 120 0,5 mm sind in Anwendung. DIN 8557 enthält die für das Verfahren notwendigen Drähte und Pulver zum Schweißen unlegierter und niedriglegierter Stähle. Durch besondere Schweißnahtfugen an den zu verschweißenden Werkstücken sind der Schweißdrahtverbrauch niedrig, der
Einbrand gut und die Schweißnahtzusammensetzung fast gleich der des Grundwerkstoffes.

Die Schweißpulver müssen auf den Schweißzusatz und die Strombelastbarkeit abgestimmt werden. Ihre Zusammensetzung hat starken Einfluß auf die metallurgische Reaktion. Unverschlacktes, gesäubertes Pulver kann dem Schweißprozeß wieder zugeführt werden. Die Pulver sind hygroskopisch und müssen vor Anwendung rückgetrocknet werden.



2.3.3 Lichtbogenschmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen (MBS)


Beim Schmelzschweißen werden in Abweichung vom Preßschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen die Werkstücke nicht mit Preßkraft verschweißt.


Die Werkstücke werden nach Erzeugen des Mag netfeldes auf einen definierten Spalt auseinander - gefahren. Der Lichtbogen wird unter Schutzgasabschirmung gezündet. Der Schweißvorgang führt jetzt zum Aufschmelzen der Schweißflanken. Die Werkstücke werden sodann zusammengefahren, Schweißstrom, Magnetstrom und Schutzgas werden abgeschaltet.



2.3.3.1 Anwendung


Bei unlegiertem und niedrig legiertem Stahl und bei Stahlguß. Typische Werkstücke haben runde. ovale, rechteckige oder quadratische Querschnitte und keine Massivteile an der Fügestelle. Das Vertahren ist für Wanddicken von 0,8 bis 5 mm und für Durchmesser von 5 bis 130 mm (oder vergleichbare Nahtlängen) geeignet. Die extrem kurzen Schweißzeiten erfordern Stromstärken zwischen 50 A und 1 000 A. Es bildet sich nur eine sehr schmale Wärmeeinflußzone. Das Verfahren ist nur bei großen Stückzahlen wirtschaftlich.






2.4 Strahlschweißen


Die Wärme entsteht durch Umwandlung gebündelter, energiereicher Strahlung beim Auftreffen der Strahlung oder beim Eindringen in das Werkstück. Vorzugsweise wird ohne Schweißzusatz geschweißt: im Vakuum, unter Schutzgas oder begrenzt in freier Atmosphäre.



2.4.1 Lichtstrahlschweißen (LI)


Beim Lichtstrahlschweißen werden gebünd~Ite Lichtstrahlen als Wärmequelle verwendet.
Die Lichtstrahlverfahren dienen vorwiegend zur thermischen Bearbeilung von Keramik, Glas - und Kunststoffen, aber auch von Metallen. Die Lichtquelle sitzt in einer Spiegelkammer, also in einem Brennfleck eines halbelliptischen Spiegels.
Hauptunterschied zu den meisten anderen Erwärmungsverfahren ist d. berührungslose Übertragung d. Energie durch Strahlung.



2.4.2 Laserstrahlschweißen (LA)


Die Energie eines gebündelten Strahles wird durch die Fokussierung auf höchste Energiediob gebracht. Geschweißt wird ohne Schweißzusatz. Die Werkstücke werden fugenlos im Stumpfstoß angeordnet.

Der Laser ist ein Lichtverstärker. Beim Festkörperlaser werden die Leuchtelektroden durch optisches Pumpen angeregt, d.h., man strahlt Licht in aktives Material (Rubin) ein. Dieses Lic wird von den aktiven Atomen absorbiert und hebt die Leuchtelektroden in höhere Energiezuständ Der Festkörperlaser wird nur in speziellen Fällen (Mikroschweißen) zum Schweißen verwendet.

Der Rubin - Laser ermöglicht das Schneiden von Ouarzplatten, das vakuumdichte Eirschmelzen optisch bearbeiteter Fenster in Quarzrohre ohne Beschädigung des Fensters. Auch sehr kleinen Löcher bis zu 30 μm, z.B. für Spinndüsen oder Ziehsteine können damit gebohrt werden.

Beim Gaslaser (C0₂) werden die Gasatome bzw. Moleküle durch Stöße beschleunigter frei Elektronen angeregt. Durch einen ,,optischen Resonator" - das ist ein rückgekoppelter Lichtverstärker - wird das Licht immer wieder verstärkt und extrem gebündelt. Es Passen sich dabei so hohe Leuchtdichten und dadurch hohe Temperaturen erreichen (ca. 20000 K).

Der Lichtstrahl transportiert die Energie, und bei der Absorption im Werkstück geht diese Energie dann im Wärme über. Der C0₂ - Laser bietet große Vorteile beim Verschweißen bestimmter Kunststoffe besonders bei relativ dicken Folien. Stahl wird ohne Schweißzusatz nahezu verzugsfrei geschweißt.



2.4.3 Elektronenstrahlschwejßen (EB)


Beim Eiektronenstrahlschweißen entsteht die Wärme durch das Auftreffen der Elektronen eines im Hochvakuum erzeugten gebündelten Elektronenstrahles auf das Werkstück.

Die Vorteile des Elektronenstrah!schwejßens (EB - Schweißen> liegen in der hohen Leistung.' dichte der Energiequelle begründet.

Dort, wo es auf Formgenauigkeit und hohe Festigkeit ankommt, kann das Verfahren wirkung svl eingesetzt werden, auch dort, wo hochschmelzende Metalle - insbesondere mit schwerschmj zenden Oxidschichten an der Oberfläche - zusammengefügt werden sollen.





2.5 Widerstands - Schmelzschweißen



Beim Widerstands - Schmelzschwejßen wird die zum Anschmelzen der Stoßflächen der Teile und zum Verflüssigen des Schweißzusatzwerksloffes erforderliche Wärme durch den elektrischen Strom und den ohmschen Widerstand im Bereich der Schweißslelle erzeugt.



2.5.1 Elektro - SchIacke - Schweißen (RES)


Die Wärme wird in der zwischen den Teilen liegenden eingeformten Schweißstelle durch Widerstandserwärmung eines verflüssigten und dadurch elektrisch leitend gewordenen Schlackenbades erzeugt. Der stromführende Schweißzusatzwerkstoff schmilzt in der verflüssigten Schlacke fortlaufend ab.

Die Schlackentemperatur, die höher sein muss als die Schmelztemperatur des Grundwerkstoffes, liegt zwischen
2000... 2200⁰C. Ein elektrischer Lichtbogen zündet kurz zu Beginn des eigentlichen Schweißvorganges und verflüssigt das Schweißpulver im Schweißspalt. Gegenüber der konventionellen UP - Schweißung ist der Pulververbrauch bei diesem Verfahren nur rund 2 %. Wenn das Schlackenbad vorhanden ist, erlischt der Lichtbogen. Der stromführende Schweißzusatzwerkstoff, 3 bis 18 Schweißdrähte, von je ca. 3 mm Durchmesser, schmilzt in der verflüssigten Schlacke fortlaufend ab, und der eigentliche Schweißvorgang beginnt. Dabei beträgt die Spannung 42... 50 V und der Strom 650... 700 A.





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