Schweißtechnik. Klaus-Jürgen Matthes Erhardt Richter (Hrsg.) Schweißen von metallischen Konstruktionswerkstoffen. Fachbuchverlag Leipzig

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1 Klaus-Jürgen Matthes Erhardt Richter (Hrsg.) Schweißtechnik Schweißen von metallischen Konstruktionswerkstoffen 4., aktualisierte Auflage Mit 508 Bildern und 130 Tafeln IS Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN Fügen durch Schweißen Wirkprinzipe beim Schweißen 24 2 Schweißbarkeit Einteilung Schweißeignung von Stählen Schmelzschweißeignung Pressschweißeignung Schweißsicherheit Konstruktive Gestaltung Schweißmöglichkeit Vorbereiten Schweißen Nachbereiten 46 3 Schweißen mit Lichtbogen Grundlagen Lichtbogentechnik Schweißlichtbogen 48 - Zünden des Lichtbogens 50 - Lichtbogenkennlinie 51 - Wechselbeziehung zwischen Bogenspannung und Bogenlänge 51 - Temperaturen im Schweißlichtbogen 54 - Elektrische Leitfähigkeit 55 - Werkstoffübergang Ausrüstungen zum Lichtbogenschweißen Arbeitsplatz und Zubehör Schweißstromquellen 60 - Anforderungen 60 - Einteilung der Stromquellen 60 - Schweißtransformatoren ; 60 - Schweißumformer 61 - Schweißgleichrichter Elektronische Schweißstromquellen 63 - Kennlinien und Arbeitspunkt 66 - Lichtbogenregelung und Arbeitspunkt 67 - Einschaltdauer : 70 - Vergleich der Schweißstromquellen Schweißzubehör 72 - Schweißkabel 72 - Stabelektrodenhalter 74

3 Inhaltsverzeichnis - Schlauchpaket und Brenner 74 - Geräte zur Messung von Schweißstrom und Schweißspannung Schweißanlagen Sicherheit beim Lichtbogenschweißen 80 - Gefährdungen durch elektrischen Strom 80 - Gefährdung durch Strahlungsspektrum des Lichtbogens 81 - Gefährdung durch Schweißgase und -rauch, Schlacke und Spritzer 82 - Maßnahmen zum Personen- und Brandschutz Der Schweißlichtbogen als technologisches Werkzeug Allgemeines Aufschmelzung und Schmelzbadgröße Arbeitstechnik und Aufschmelzquerschnitt 85 - Änderung der Arbeitswerte 85 - Fugenform und Spaltbreite 85 - Wirkung der Hilfsstoffe 86 - Änderung der Abschmelzleistung MR 86 - Beeinflussung durch äußere Magnetfelder 87 - Elektrodenabmessung und -form 88 - Neigung der Elektrode und Elektrodenanordnung Einteilung der Fertigungsverfahren der Lichtbogentechnik Lichtbogenhandschweißen Verfahrensprinzip und Schweißausrüstung 90 - Stromquellen zum Lichtbogenhandschweißen 90 - Elektrodenhalter und Schweißleitungen 91 - Ausrüstung des Schweißplatzes 91 - Stabelektroden 92 - Schutzkleidung und Zubehör Anwendung Zusatzstoffe - Stabelektroden Herstellung von Stabelektroden 96 - Abmessungen von Stabelektroden 98 - Umhüllungen von Stabelektroden 98 - Beschreibungen der Umhüllungstypen 99 - Hochleistungselektroden Ausbringung J Abschmelzleistung MR Lagerung von Stabelektroden Nachtrocknen von Elektroden Bezeichnung von Stabelektroden nach EN Auswahl der Stabelektroden Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Die Technik des Lichtbogen-Handschweißens Zünden des Lichtbogens Führen der Elektroden Elektrodenführung in den verschiedenen Positionen Wannen-, Horizontal-, Steigposition Fallposition (PG) Querposition (PC) Überkopfposition (PE) 115

4 Inhaltsverzeichnis - Magnetische Blaswirkung Einfluss der Schweißbedingungen : Das Schweißen mit basischen Elektroden Das Schweißen mit Hochleistungselektroden Fallnaht Schweißen mit Stabelektroden Elektroden mit Tiefeinbrandeffekt Fehler beim Metall-Lichtbogenschweißen Poren : Schlackeneinschlüsse Wurzelfehler Einbrandkerben Arbeits-und Brandschutz Gefährdungen durch den elektrischen Strom Gefährdungen durch die Strahlen des Lichtbogens Gefährdungen durch Schweißgase und -rauche Gefährdungen durch Spritzer und Schlackenteilchen Unterpulverschweißen Verfahrensprinzip und Schweißausrüstung Aufbau einer UP-Anlage, Stromquellen zum UP-Schweißen Die Lichtbogenregelung Anwendung des UP-Verfahrens Fugenvorbereitung Schmelzbadsicherungen Verfahrensvarianten in Wannenposition (Position PA) Quernahtschweißen (Gürtelschweißen; Position PC) Senkrechtschweißen (Position PF) Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe Elektroden Drahtelektroden Bandelektroden Schweißpulver Aufgaben der Schweißpulver Herstellung der Schweißpulver Einteilung der Schweißpulver Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Zünden des UP-Lichtbogens Freie Drahtlänge Nahtformung Richtlinien für die Wahl der Schweißparameter Spezielle Gefährdungen durch das UP-Verfahren für den Bediener Schutzgasschweißen Übersicht und Gemeinsamkeiten der Verfahren Elektroden Wolframelektroden Drahtelektroden Schweißstäbe und -drahte Schutzgase Zusammensetzung 172

5 J_0 Inhaltsverzeichnis - Gasversorgung Draht-/Schutzgas-Kombinationen Chemische Zusammensetzung des Schweißgutes Mechanisch-technologische Eigenschaften des Schweißgutes Metallschutzgasschweißen (MIG/MAG) Verfahrensprinzip und Schweißausrüstung Gerätebauarten Drahtvorschubgeräte Steuergerät Schlauchpaket und Brenner Druckminderer und Durchflussmesser Werkstoffübergangsformen Charakteristik der Schutzgase zum MIG-/MAG-Schweißen Anwendung des MIG-/MAG-Schweißens Zünden des Lichtbogens Brennerführung Teilmechanisches Schweißen Vollmechanisches Schweißen MIG-/MAG-Schweißen mit Industrierobotern Schweißgeeignete Werkstoffe Wanddicken Fertigungszweige Varianten des Metall-Schutzgasschweißens Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Einstellen der Schweißanlagen Einflussfaktoren auf die Nahtform ~ Richtwerte für das MIG-/MAG-Schweißen Ursachen für Unregelmäßigkeiten beim MIG/MAG-Schweißen Spezielle Gefährdungen für den MIG-/MAG-Schweißer WIG-Schweißen Verfahrensprinzip und Schweißausrüstungen Stromquellen Ausrüstung zum WIG-Schweißen Anwendungsbereiche Varianten des WIG-Schweißens Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung Fertigungshinweise ; Stromart und Polarität Elektrodenabmessungen und -formen Stromstärke, Schweißspannung und-geschwindigkeit Schutzgase für Schmelzbad und Wurzel Arbeitstechnik beim WIG-Schweißen Richtwerte für das WIG-Schweißen Ursachen für Unregelmäßigkeiten beim WIG-Schweißen Spezielle Gefährdungen beim WIG-Schweißen Plasmaschweißen Verfahrensprinzip und Schweißausrüstung 235

6 Inhaltsverzeichnis 11 - Stromquelle Plasmabrenner Schlauchpaket Anwendungsbereiche Werkstoffe Wanddicken Fertigungszweige, Fugenvorbereitung Varianten des Plasmaschweißens Zusatzstoffe Schweißdrähte, -Stäbe und -pulver Schutzgase Konstruktive Gestaltung Fertigungshinweise Polarität Stromstärke Schweißspannung Einstellwerte Menge des Plasmagases Plasmagasdüse Brennerabstand Wolframelektroden Spannvorrichtungen Rundnahtschweißen/ Brennerstellung Ursachen für Unregelmäßigkeiten Spezielle Gefährdungen Lichtbogenschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen MBS-Schweißen (Schmelzschweißen) Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit : Fertigungshinweise MBP-Schweißen (Pressschweißen) Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe ' Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Lichtbogenbolzenschweißen Verfahrensprinzip Lichtbogenbolzenschweißen mit Hub-zündung (BH-Schweißen) Lichtbogenbolzenschweißen mit Spitzenzündung (BS-Schweißen) Lichtbogenbolzenschweißen mit Ringzündung (BR-Schweißen) Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Prozessüberwachung 261

7 \1 Inhaltsverzeichnis 4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme Grundlagen der Autogentechnik Die Autogenflamme Die Verbrennung Die Flammeneinstellung Die neutrale Flamme Die Sauerstoff-Überschuss-Flamme Die Acetylen-Überschuss-Flamme Die "harte" und die "weiche" Flamme Flammenstörungen Autogenbrenner, Brennerarten Injektorbrenner (Saugbrenner) Druckbrenner (Gleichdruckbrenner) Schweiß- und Schneidbrenner Einflammenbrenner Mehrflammenbrenner Maschinenbrenner Betrieb der Autogenbrenner Zünden Flammrückschlag Löschen Betriebsmittel der Autogentechnik Sauerstoff Gewinnung Bereitstellung und Verteilung des Sauerstoffs Brenngase Acetylen Erzeugung des Acetylens Bereitstellung und Verteilung des Acetylens : Flüssiggas Erdgas.' Gegenüberstellung der Autogengase Sicherheitshinweise für den Umgang mit Sauerstoff und Brenngasen Armaturen und Zubehör Druckminderer Gasschläuche Sicherheitseinrichtungen Arten der Flammenausbreitung Wasservorlage Trockensicherung Einteilung der Verfahren der Autogentechnik nach DIN Gasschmelzschweißen (Gasschweißen) Grundlagen Anwendung Fugenformen Wanddicken Gasverbrauch Schweißpositionen 292

8 Inhaltsverzeichnis 13_ - Anwendungsbereich Ausrüstungen Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe Hinweise Methoden des Gasschweißens Nachrechtsschweißen (NR) Nachlinksschweißen (NL) Gaspressschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereiche Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Schweißen mit Widerstandserwärmung Einteilung der Widerstandsschweißverfahren Widerstandsschmelzschweißen Elektroschlackeschweißen(RES-Schweißen) Verfahrensprinzip/-beschreibung Einsatzmöglichkeiten Schweißeinrichtung Zusatzwerkstoffe und Pulver Schweißeignung Werkstoffe Fertigungshinweise - Durchführung des Schweißens Werkstückvorbereitung Prozessparameter Verfahrensvarianten Elektroschlackeschweißen mit abschmelzender Drahtführung Elektroschlacke-Auftragschweißen Widerstandspressschweißen Physikalische Grundlagen des Widerstandspressschweißens Punktschweißen (RP-Schweißen) Verfahrensprinzip/-beschreibung Einsatzmöglichkeiten Besonderheiten des Verfahrens Elektroden Elektrodenwerkstoffe Schweißelektroden - Form und Art Elektrodenarme Formen der Elektrodenspitzen Standmenge Schweißpunkteinrichtung Stromquellen Schweißsteuerung Leistungsstufe Steuerstufe Maschinen mit Sekundärgleichrichter 316

9 J4 * Inhaltsverzeichnis - Gleichstrom-Mittelfrequenz-Invertertechnik Steuerungen mit Kondensatorentladung Schweißeignung Schweißteilvorbereitung Blechdicke Überzüge und Oberflächenbeschichtungen Schweißeignung verschiedener Beschichtungen (auszugsweise) Nicht rostende Stähle Schweißeignung von Nichteisenmetallen (auszugsweise) Fertigungshinweise Prozessparameter Unregelmäßigkeiten an Punktschweißverbindungen Konstruktive Gestaltung und Beanspruchung Gestaltung Beanspruchung - Bemessung der Punktschweißverbindung Erforderlicher Linsendurchmesser Güte der Schweißverbindung Gütesicherung in der Fertigung (DVS-Merkblatt 2915 Teil 1) Prüfen von Schweißverbindungen Schweißanlagen Stationäre Schweißmaschinen Tischpunktschweißmaschinen Punktschweißzangen Prozesskontroll- und Regeleinrichtungen Messgeräte für die Prozessgrößen Schweißstrom und Elektrodenkraft Rollennahtschweißen (RR-Schweißen) Verfahrensprinzip /-beschreibung Besonderheiten des Verfahrens Einsatzmöglichkeiten Rollenelektroden für Nahtschweißen Elektrodenwerkstoffe Schweißelektroden - Form und Art Einrichtungen zum Rollennahtschweißen Schweißstromart und Stromtaktprogramme Dauerwechselstrom Stromtaktprogramm Gleichstrom Strom-Kraftprogramm Schweißzeit Nahtformen Schweißeignung Werkstückvorbereitung Schweißeignung von Aluminium Fertigungshinweise - Durchführung des Schweißens von Überlappnähten Maschineneinstellung Prüfung von Schweißnähten..; Schweißanlagen : Prozesskontroll- und Regeleinrichtungen Verfahrensvarianten Foliennahtschweißen (RF-Schweißen) 343

10 Inhaltsverzeichnis 15 - Rollentransformatorschweißen (RT-Schweißen) Rollennahtschweißen mit Drahtelektrode Quetschnahtschweißen Buckelschweißen (RB-Schweißen) Verfahrensprinzip/-beschreibung Besonderheiten des Verfahrens Einsatzmöglichkeiten Elektroden zum Buckelschweißen Elektrodenwerkstoffe Schweißelektroden - Form und Art Buckel zum Widerstandsschweißen Einrichtungen zum Buckelschweißen Elektrischer Teil Zeitsteuerung- Strom- Kraftprogramm Kenngrößen der Buckelschweißung Schweißeignung Einschätzung der Schweißeignung von Stählen Schweißeignung von Aluminium Schweißeignung von NE-Metallen und Werkstoffpaarungen an Kleinteilen Fertigungshinweise - Durchführung des Schweißens ' Werkstückvorbereitung Prozessparameter Prüfung der Buckelschweißverbindungen Schweißanlagen Prozesskontroll- und Regeleinrichtungen Abbrennstumpfschweißen (RA-Schweißen) Verfahrensprinzip/ -beschreibung Besonderheiten des Verfahrens Einsatzmöglichkeiten (auszugsweise) Gestaltung der Fügestelle Einrichtungen zum Abbrennstumpfschweißen Schweißeignung (auszugsweise) Einschätzung der Schweißeignung von Stählen Aluminiumwerkstoffe Werkstoffkombinationen Fertigungshinweise - Durchführung des Schweißens Werkstückvorbereitung Längenzugabe und Einspannlänge Prozessparameter Stauchkraft und Stauchdruck Schweißstrom und Schlittengeschwindigkeit Prüfung der Schweißverbindungen (auszugsweise) Schweißanlagen Prozesskontroll- und Regeleinrichtungen Pressstumpfschweißen (RPS-Schweißen) Verfahrensprinzip/-beschreibung Besonderheiten des Verfahrens Einsatzmöglichkeiten Gestaltung der Fügestelle Arbeits- und Gesundheitsschutz 360

11 16 Inhaltsverzeichnis 6 Schweißen mit induktiver Erwärmung (Rl-Schweißen) VerfahrensprinzipAbeschreibung Besonderheiten des Verfahrens Einsatzmöglichkeiten Schweißeignung Prozessdaten/-bereiche Verfahrensvarianten Schweißen mit Strahlen Grundlagen der Strahltechnik : Lichtstrahlschweißen - Schweißen mit inkohärentem Licht Elektronenstrahlschweißen Grundlagen des Elektronenstrahlschweißens Entstehung und Besonderheiten des Elektronenstrahls Elektronenstrahlerzeugung Elektronenstrahlführung Elektronenstrahlschweißanlagen Elektronenstrahlkanone Arbeitskammer Bewegungseinrichtung Vakuumeinrichtung Steuerung und Bedienung Anwendung des Elektronenstrahlschweißens Tiefschweißeffekt Vorbereitung der Werkstücke Allgemeines : I-Nähte Sonstige Nahtformen Maßtoleranzen Schweißparameter und Hinweise für die Schweißpraxis Beschleunigungsspannung Strahlstrom Fokuslage : Schweißgeschwindigkeit Strahlablenken und Strahlpulsen Schweißen mit Zusatzwerkstoff Schweißeignung metallischer Werkstoffe Verfahrensbedingte Einflüsse Stahl- und Eisenwerkstoffe Kupferwerkstoffe Nickel- und Kobaltwerkstoffe Aluminiumwerkstoffe : Titanwerkstoffe Industrielle Anwendung Weitere Verfahren der Elektronenstrahlmaterialbearbeitung Strahlenschutz : Laserstrahlschweißen 382

12 Inhaltsverzeichnis 17_ Grundlagen des Laserstrahlschweißens Entstehung und Besonderheiten von Laserlicht Eigenschaften des Laserlichts Laseranlagen Laserstrahlquellen Nd:YAG-Festkörperlaser CO 2 -Gaslaser Diodenlaser Excimerlaser Marktanteile Laserstrahlführung Fokussierende Optiken Bewegungseinrichtungen Steuerung und Bedienung Anwendung des Laserstrahlschweißens Tiefschweißeffekt Vorbereitung der Werkstücke Schweißparameter und Hinweise für die Schweißpraxis Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit und Streckenergie Strahlqualitätszahl, Fokussierzahl, Fokusdurchmesser und -läge Arbeits- und Schutzgase Schweißen mit Zusatzwerkstoff Prozesssensorik Verfahrenskombinationen Schweißeignung metallischer Werkstoffe Industrielle Anwendung Weitere Verfahren der Lasermaterialbearbeitung Laserstrahl-Brennschneiden Laserstrahl-Schmelzschneiden Laserstrahl-Sublimierschneiden Strahlenschutz Gegenüberstellung Elektronenstrahlschweißen - Laserstrahlschweißen Schweißen durch Bewegungsenergie Grundlagen zur schweißtechnischen Nutzung kinetischer Energie Reibschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise ' Ultraschallschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Oberflächenvorbereitung ' Werkstoffe : 410

13 J_8 Inhaltsverzeichnis 8.4 Kaltpressschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Oberflächenvorbereitung Parameterbereiche Sprengschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise l Spezielle Gefährdungen durch Verfahren Schweißen durch festen Körper Grundlagen zur schweißtechnischen Nutzung von Heizelementen Heizelementschweißen Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Schweißen mit Metallschmelzen Grundlagen der schweiß technischen Nutzung von Metallschmelzen Gießschweißen (Thermitschweißen) Aluminothermisches Schmelzschweißen (AS-SW) Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Aluminothermisches Pressschweißen (AP-SW-Schweißen) Verfahrensprinzip Anwendungsbereich Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Schweißen durch Diffusion Grundlagen zur schweißtechnischen Nutzung der Diffusion Diffusionsschweißen (D-Schweißen) Verfahrensprinzip Anwendungsbereich...'. 423

14 Inhaltsverzeichnis 19_ Zusatzstoffe Konstruktive Gestaltung und Festigkeit Fertigungshinweise Beschichten durch Auftragschweißen Verfahrensübersicht ' Einführung zum Auftragschweißen Schweißverfahren UP-Schweißen Elektroschlacke-Schweißen(RES-Schweißen) Plasmaschweißen : Laserstrahlschweißen Schweißzusätze Anwendungen Quellen und Literaturhinweise Sachwortverzeichnis 451