Übungsfragen zur Aufbereitung der Vorlesung UMF (Umform-/Fügetechnik), Teil Fügetechnik

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1 Es wird empfohlen, zunächst die vorlesungsbegleitenden Fragen zum Teil Fügetechnik des Moduls FERT (Grundlagen der Fertigungstechnik) zu wiederholen (Kap. 2 und 4). Der Stoff der Modulteile Schweißen von UMF baut darauf auf und vertieft die Bereiche Schutzgasschweißen und Laserstrahlschweißen. Abschließend wird auf Schweißmetallurgie und Schweißnahtprüfung eingegangen. Kapitel 2 Schmelzschweißverfahren 1. Was sind bedeutende Ähnlichkeiten und was sind bedeutende Unterschiede zwischen a) Lichtbogenschweißen mit Elektrode und dem MAG-Schweißen b) WIG- und MAG-Schweißen 2. Warum wird beim WIG-Schweißen Aluminium mit Wechselstrom geschweißt? 3. Warum wird bei Stahl MAG überwiegend mit Plus-Polung geschweißt, während WIG mit Minus-Polung (oder evtl. Wechselstrom) geschweißt wird? 4. Worin liegt der prinzipielle Unterschied zwischen a) WIG-Schweißen und Plasmalichtbogenschweißen b) Plasmastrahl- und Plasmalichtbogenschweißen? 5. Begründen Sie mit Hilfe der Antwort zu Teil a) der vorherigen Frage, weshalb das Plasmaschweißen eine größere Höhenschlagtoleranz (Lichtbogenlängentoleranz) (z.b. beim Rundnahtrohrschweißen) hat als das WIG-Schweißen? 6. Wie äußert sich beim Lichtbogenschweißen einer Naht in ebenem Blech am Blechrand die Blaswirkung und was kann man dagegen tun? 7. Beschreiben Sie die Funktionsweise des Unter-Pulver-Schweißens! Warum ist hier der thermische Wirkungsgrad höher als beim MAG-Schweißen? 8. Wie werden in einer Elektronenstrahlschweißanlage die Elektronen zum Schweißen erzeugt und wie werden sie in Richtung des Werkstückes in Bewegung gesetzt? 9. Warum wird Elektronenstrahlschweißen unter Vakuum ausgeführt und was passiert, wenn das Vakuum schlechter wird? 10. Welche Gefahr entsteht für die Fertigungsqualität, wenn bei sonst optimaler Parametereinstellung der Kammerdruck über 10-1 mbar ansteigt? - 1 -

2 11. Warum wird der LASER-Strahl eines CO 2 -LASERs durch Rohre von Umlenkspiegel zu Umlenkspiegel gelenkt? Wie groß ist die Wellenlänge des CO 2 -LASERS? 12. Was sind grundsätzliche, wesentliche Unterschiede zwischen Sonnenlicht und LASER-Licht? 13. Warum lässt sich Stahl deutlich besser mit LASER-Licht schweißen als Aluminium? 14. Welcher geometrische Unterschied besteht zwischen LASER-Nähten, die durch Wärmeleitungs- oder Tiefschweißen hergestellt wurden? Wo liegt der Unterschied im Schweißvorgang? 15. Warum lässt sich beim LASER-Schweißen die Einschweißtiefe nicht beliebig durch Leistungsintensivierung erhöhen? 16. Warum ist beim LASER- und Elektronenstrahlschweißen die Bauteilvorbereitung teurer als bei Lichtbogenschweißprozessen? Kapitel 4 Löten 1. Skizzieren Sie den Benetzungswinkel beim Löten und geben Sie ungefähr die Größe eines vorteilhaften Benetzungswinkels an! 2. Worin besteht der Unterschied zwischen Schweißen mit Zusatzwerkstoff und Löten? Worauf basiert die Bindung beim Löten? 3. Weshalb kann die Festigkeit einer Lötverbindung höher sein als die Scherfestigkeit des Lotes? 4. Skizzieren Sie den Temperatur-Zeit-Verlauf eines Ofen-Lötvorganges und zeigen Sie dabei die Aufwärmzeit und die Lötzeit an! 5. Welche Aufgaben hat das Flussmittel? Kapitel 6 Vertiefung ausgewählter Verfahren 6.1 Schutzgasschweißen 1. Worauf wird begründet, dass der Lichtbogen eine elektrische Leitfähigkeit ähnlich hoch der von Metallen hat? 2. Wenn Stromstärke und Lichtbogenlänge fest vorgegeben sind, wird dann unter Argon oder unter Helium mit dem höheren Spannungsabfall am Lichtbogen geschweißt? 3. Erklären Sie, wie prinzipiell eine HF-Lichtbogenzündung arbeitet! - 2 -

3 4. Warum gilt bei kleinen Lichtbogenstärken das Ohmsche Gesetz nicht, d.h. warum sinkt dort die Spannung zunächst mit zunehmende Stromstärke? 5. Welche Aufgaben haben Schweißzusätze und Schweißhilfsstoffe? 6. Was unterscheidet Argon und Helium bezüglich ihres Einsatzes als Schweiß- Schutzgas? 7. Warum mischt man Kohlendioxid oder Sauerstoff dem Schutzgas Argon bei? 8. Woraus ergeben sich die zwei Durchfluss-Korrekturfaktoren, die beachtet werden müssen, wenn bei geforderter Argon-Schutzgasmenge von z.b. 5l/min statt Argon eine Argon-Helium-Mischgasflasche angeschlossen wird? 9. Welche Aufgaben haben die Umhüllungen von ummantelten Stabelektroden? 10. Welche vier Grundtypen von Ummantelungen gibt es? 11. Skizzieren Sie den akzeptablen Verlauf von Anschleifriefen auf angespitzten Wolframelektroden und begründen Sie, warum so angeschliffen wird! 12. Aus welchen Hauptanlagen-Komponenten besteht eine voll mechanische MAG-Schweißanlage? 13. Welche Aufgaben werden vom Schweißbrenner erwartet? 14. Warum gibt es eine definierte Leerlaufspannung und eine Kurzschluss-Strom- Begrenzung? 15. Erläutern Sie - Schweißtransformator - primär getakteter Schweißgleichrichter - sekundär getakteter Schweißgleichrichter Welches der o.g. Geräte wird mit Inverter bezeichnet? Ordnen Sie zu (Mehrfachnennungen möglich): Wechselstrom, Gleichstrom, pulsierender Strom, kompakte Bauweise, sehr einfach und robust! 16. Skizzieren Sie eine fallende Maschinenkennlinie und eine Konstantspannungskennlinie! Wie wird der Einstellbereich einer Maschine mit Hilfe der Kennlinien definiert? 17. Welche Kennlinien werden benötigt, um das Zünden des Lichtbogens zu beschreiben? Skizzieren Sie ein Diagramm mit diesen Kennlinien und beschreiben Sie mit diesem Diagramm den kurzschlussbehafteten Werkstoffübergang beim Lichtbogenhandschweißen! 18. Was wird mit der quasi-statischen und was mit der quasi-dynamischen Kennlinie einer Schweißmaschine beschrieben? Warum sind diese Kennlinien nicht identisch? - 3 -

4 19. Wie kann man den Drahtvorschubmotor regeln, um die Lichtbogenlänge konstant zu halten, wenn die Schweißmaschine eine fallende Kennlinie hat? 20. Wie bleibt die Lichtbogenlänge konstant, wenn die Schweißmaschine eine Konstantspannungscharakteristik aufweist und das zu schweißende Blech eine deutliche Welligkeit aufweist? Gibt es Alternativen zu mechanischen Abstandstastern (mechanischen Führungswerkzeugen)? 21. Welche Bedeutung haben die Pinchkräfte für das Zwangslagenschweißen? 22. Weshalb funktioniert das Überkopfschweißen beim MAG-CO 2 -Schweißen nicht? 23. Ordnen Sie aufsteigend nach Energieeinsatz: Sprühlichtbogen, Kurzlichtbogen, Übergangslichtbogen! 24. Erklären Sie, wie die Wahl des Schutzgases Einfluss auf die Nahtgeometrie nimmt! 25. Welche Verfahrenseinstellgrößen nehmen Einfluss auf die Nahtform bei MSG? 26. Erläutern Sie den Kontaktrohrabstand (größer/kleiner) für den Sprühlichtbogen und den Kurzlichtbogen! Kapitel 6.2 Laserstrahlschweißen (Zunächst wird hier auf die Fragen aus Kap. 2 verwiesen. Dann weitere:) 27. Zur Strahlführung können Leitfasern genutzt werden. Sind diese Fasern für kurze (Rubinlaser) oder längere (CO 2 -Laser) Wellenlängen nutzbar? Warum begrenzt man die Biegeradien auf >100 mm? 28. Welcher Modus erscheint zum Erzeugen einer schmalen, tiefen Naht besser geeignet: ein TEM 00 oder ein TEM 21? Wie kann man das einfach erklären? 29. Wie entsteht der Dampfkanal beim Tiefschweißen? (Gibt es beim Wärmeleitungsschweißen ein Plasma in der Prozesszone?) 30. In welcher Größenordnung liegen übliche Laserschweißgeschwindigkeiten: 15mm/min oder 30 cm/min oder 3m/min? 31. Wie verhalten sich Einschweißtiefe zu Fokusradius und Einschweißtiefe zu Schweißgeschwindigkeit zueinander, wenn man eine Größe ändert? Kann man das leicht erklären? 32. Welche Aufgabe hat das Arbeitsgas? Erklären Sie mit Hilfe der Ionisierbarkeit, weshalb unter sonst gleichen Bedingungen eine Al-Legierung mit N 2 tiefgeschweißt wird, mit He-Gas aber nicht! - 4 -

5 33. Was bedeutet quergeströmter Laser? 34. Nennen Sie mindestens 3 Vorteile und 3 Nachteile des Laserstrahlschweißens. 35. Diskutieren Sie eingeschweißte und durchgeschweißte I-Naht am Überlappstoß gegeneinander! Worin könnte der Vorteil einer Kehlnaht am Überlappstoß liegen? Wann könnte diese Kehlnaht von Vorteil gegenüber der I-Naht sein? 36. Stellen Sie eine Tabelle zu geometrischen Fehlern beim Laserstrahlschweißen zusammen mit den Spalten: Fehlertyp, Ursache, Abhilfevorschlag! 37. Worin könnte der Grund liegen, dass Porosität bei einer Schweißgeschwindigkeit, wo gerade noch durchgeschweißt wird, geringer ist als bei einer etwas schnelleren Schweißgeschwindigkeit, wo gerade nicht mehr durchgeschweißt wird? (Stichworte: Dampfkanal und Badbewegung) 38. Erklären Sie, wie das Blechbiegen mit dem Laser-Strahl funktioniert. Warum biegt sich das Blech ohne Einwirkung äußerer Kräfte? Kapitel 7 Schweißmetallurgie und Schweißnahtprüfung 1. Mit welchen Schweißverfahrensparametern kann man die Eigenschaften der Schweißnaht beeinflussen? 2. Erläutern Sie, warum Aluminium mit hoher Energieeinbringung geschweißt wird (z.b. WIG), obwohl es doch einen recht geringen Schmelzpunkt hat! 3. Erläutern Sie, warum es neben einer Schmelzschweißnaht in der WEZ in Baustahl immer einen sehr feinkörnigen Bereich gibt! 4. Weshalb muss in einem Vergütungsstahl (z.b. CrMo910) in einer Schmelzschweißnaht auf die Vermeidung von Martensit geachtet werden und bei S235JR nicht? Erläutern Sie! 5. Welche Möglichkeiten gibt es, eine drohende Aufhärtung in der Stahlschweißnaht zu umgehen, wenn der Werkstoff nicht geändert werden kann? 6. Wozu dient das Kohlenstoffäquivalent? 7. Skizzieren Sie schematisch das Schaeffler-Diagramm! Bezeichnen Sie die Achsen (ohne vollständige Formeln)! Wozu wird es verwendet? 8. Erläutern Sie, warum en X2CrNi1810 sich besser zum Schweißen eignet als ein X6CrNi1810! 9. Skizzieren Sie den Härteverlauf über eine Schweißnaht a) für eine Naht an kaltverfestigtem AlMg5, b) für eine Naht an einem Baustahl S235JR! - 5 -

6 10. Schweißeigenspannungen hängen ab von Verfahrensparametern, konstruktiven Faktoren und vom Werkstoff. Nennen Sie je zwei Einflussgrößen zu o.g. Überschriften! 11. Nennen Sie mindestens vier zerstörungsfreie Prüfverfahren, mit denen Sie Schweißnahtfehler finden können und nennen Sie zu jedem Verfahren zwei damit auffindbare Schweißnahtfehler! 12. Sie vermuten einen Flankenbindefehler in einer WIG-Naht in einem ebenen Blech. Würden Sie diesen Fehler eher mit Röntgenstrahlung oder eher mit Ultraschall suchen? Begründen Sie Ihre Wahl! 13. Welches sind neben dem E-Modul die drei weiteren wichtigen Ergebnisse einer normalen Zugprüfung? In einer Schweißnaht machen zwei davon keinen Sinn. Welche sind das und warum sind sie nicht wirklich sinnvoll? Welches wichtige Ergebnis speziell einer Schweißnaht-Zugprüfung ist aber zusätzlich anzugeben? 14. Nennen Sie je drei äußere und innere Schweißnahtfehler einer Schmelzschweißnaht! Welche davon können in einer Reibschweißnaht auftreten? - 6 -