Thermische Fügeverfahren in der Praxis

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1 Thermische Fügeverfahren in der Praxis Travail de candidature März 2012 Moonen René

2 Eigenständigkeitserklärung Hiermit erkläre ich, Moonen René diese praktische und schriftliche Abschlussarbeit eigenständig erarbeitet und verfasst zu haben, und keine anderen als die angegebenen Quellen oder Hilfsmittel benutzt zu haben. Während der Durchführung wurde ich von Herrn Marini Manuel, «Maître d enseignement technique»am Lycée Technique du Centre, begleitet. Kaundorf, den 24. März 2012 Moonen René Moonen René Travail de candidature 2 / 118

3 Moonen René 5, am Enneschtduerf L-9662 Kaundorf Candidat au Lycée Technique du Centre 106, avenue Pasteur L-2309 Luxembourg Affecté au Lycée Technique du Centre à partir de l année scolaire Discipline: métiers du métal Thermische Fügeverfahren in der Praxis An die Rahmenlehrpläne zum Ausbildungsprofil des Sanitär-, Heizungs-, und Klimainstallateurs angepasster Leitfaden zu den thermischen Fügeverfahren. Lernunterstützung zum, Autogenschweißen, Hartlöten und Schutzgasschweißen. Moonen René Travail de candidature 3 / 118

4 1.Zusammenfassung (résumé) Nach dem Ausbildungsprofil des Sanitär-, Heizungs-, und Klimainstallateurs werden das, Gasschmelzschweißen, das Hartlöten sowie das Schutzgasschweißen als eine Teiltätigkeit aufgeführt, welche der Berufstätige kennen und beherrschen muss. Demzufolge obliegt es dem Auszubildenden, sich die verschiedenen theoretischen und praktischen Fachkenntnisse zu diesen Fügeverfahren anzueignen. Der Grundgedanke zu dieser Arbeit liegt darin, diese thermischen Fügeverfahren, durch Modelle zu visualisieren und die Theorie dadurch für die Auszubildenden greifbarer zu gestallten. Bei der Erarbeitung dieser Abschlussarbeit wurde ein Großteil der didaktischen Komponenten bereits anhand der Reflexion einzelner Unterrichtseinheiten an die unterschiedlichen Lerntypen der Schüler angepasst. Dieses Lernprogramm dient dazu, den Komplex, Gasschmelzschweißen, Schutzgasschweißen und Hartlöten praxisorientiert und berufsspezifisch darzustellen. Als Begleitheft zu den didaktischen Anschauungsmodellen findet der Anwender sämtliche Zeichnungen, Unterlagen und Aufgaben in einer Schüler und Lehrerausgabe. Dieses Lernprogramm kann fächerübergreifend angewendet werden, damit die Schüler die Zusammenhänge zwischen der Fachkunde, dem Fachrechnen, dem technischen Zeichnen und dem praktischen Werkstattunterricht erfassen können. Dieser Leitfaden zu den Fügeverfahren beinhaltet jeweils einen theoretischen Teil mit Texten und Abbildungen, wodurch die kenntnisbezogenen Lernziele bei den Übungen von den Auszubildenden selbstständig erarbeitet werden können. Anhand didaktischer Anschauungsmodelle werden den Schülern die erforderlichen Schweißund Lötpositionen visualisiert. Während der Anwendungsphase soll die Güte der geleisteten stoffschlüssigen Verbindung jeweils beurteilt und geprüft werden. Neben dem Vermitteln der Grundfertigkeiten von thermischen Fügeverfahren, wird im Besonderen der Unfallverhütung Rechnung getragen. Des Weiteren möchte ich das Verantwortungsbewusstsein bei den Auszubildenden erreichen, indem ich sie ebenfalls mit den Sicherheitsverordnungen auf Baustellen in der betrieblichen Ausbildung konfrontiere. Moonen René Travail de candidature 4 / 118

5 Hierzu möchte ich einleitend meinen Leitsatz zur Sicherheit am Arbeitsplatz visualisieren. Ebenso möchte ich an dieser Stelle all denjenigen, die mir beim Erstellen dieses Projekts helfend und beratend zur Seite standen, meinen Dank aussprechen. Herrn Marini Manuel, meinem Projektberater Herrn Lenertz Jean-Paul, Direktor vom Lycée Technique du Centre meinen Lehrerkollegen vom Lycée Technique du Centre Moonen René Moonen René Travail de candidature 5 / 118

6 Inhaltsverzeichnis Eigenständigkeitserklärung Zusammenfassung (résumé) Einleitung Bedeutung der thermischen Fügeverfahren im Aufgabengebiet des Sanitär-, Heizungs und Klimainstallateurs Entwicklung der Schweiß- und Lötverfahren Technische Aufgabe des Schweißens Einteilung der thermischen Fügeverfahren Das Gasschmelzschweißen Eingesetzte Gase Sauerstoff (O2) Acetylen (C2H2) Gefahrgutaufkleber Erklärung zur Interpretation der Sicherheitsvorschriften Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit den Schweißgasen Druckminderer Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Druckminderern Sicherheitseinrichtungen Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Sicherheitseinrichtungen Gasschläuche und Schlauchanschlüsse Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Gasschläuchen und Anschlüssen Schweißbrenner Die Schweißflamme Verbrennungsstufen der Acetylen-Sauerstoff-Flamme Acetylen- Sauerstoff-Mischungsverhältnis Angleichung der Flammleistung Flammenstörungen Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Schweißbrenner und Flamme Schweißstäbe zum Gasschmelzschweißen Der Arbeitsplatz beim Gasschmelzschweißen Sicherheitsvorschriften zur Gestaltung des Arbeitsplatzes Moonen René Travail de candidature 6 / 118

7 7.16. Persönliche Schutzausrüstung beim Gasschmelzschweißen Übung G 1: Inbetriebnahme und Abstellen der Schweißanlage sowie Reinigen der Schweißdüse Übung G 2: Zeichnungsinterpretation und Auftragsschweißen Übung G 3: Zeichnungsinterpretation und I-Naht Schweißpositionen Übung G 4: I-Naht in Querposition PC und Bruchprobe Übung G 5: I-Naht in Steigposition PF Übung G 6: Zeichnungsinterpretation und I-Naht beim Rohr in Wannenlage PA Übung G 7: I-Naht in Rohrposition für Steigendschweißen PH und Beurteilung eines Probestreifens Das Hartlöten Wärmequelle Benetzungsvorgang und Diffusion Art und Zustand der Lötflächen Flussmittel Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Flussmitteln Hartlote Der Lötspalt Temperaturen beim Löten Persönliche Schutzausrüstung beim Hartlöten Übung HL 1: Zeichnungsinterpretation und Kehlnaht in Horizontalposition hartlöten Übung HL 2: Zeichnungsinterpretation und Kehlnaht beim Rohr in Horizontalposition PB hartlöten Das Wolfram-Inertgasschweißen Schweißstromquellen zum WIG-Schweißen Der elektrische Schweißstromkreis Allgemeine Anforderung an die WIG-Schweißstromquelle Elektrische Bauteile und ihre Funktion bei einer WIG-Schweißstromquelle Stromquellenkennlinie und Arbeitspunkt Stromart Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Schweißstromquellen Moonen René Travail de candidature 7 / 118

8 9.4. Die WIG-Schweißanlage Schutzgase Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit den Schutzgasen Gasmengenanzeige und Gasmengeneinstellung Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Druckminderern Der WIG-Schweißbrenner Wolframelektroden Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Wolframelektroden Der Lichtbogen beim WIG-Gleichstromschweißen Magnetische Blaswirkung des Lichtbogens Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit dem elektrischen Lichbogen Die Steuerung Schweißstäbe zum WIG-Schweißen Werkstückvorbereitung Der Arbeitsplatz beim WIG-Schweißen Sicherheitsvorschriften zur Gestaltung des Arbeitsplatzes beim WIG-Schweißen Persönliche Schutzausrüstung beim WIG-Schweißen Übung WIG 1: Inbetriebnahme der Schweißanlage und Zünden des Lichtbogens Übung WIG 2: Auftragsschweißen und Beurteilung der Schweißraupen Übung WIG 3: I-Naht und Beurteilung der Schweißnähte Übung WIG 4: Kehlnaht am T-Stoß in der Horizontalposition Übung WIG 5: Kehlnaht am T-Stoß in der Steigposition Übung WIG 6: I-Naht am Rohr in Wannenlage PA Übung WIG 7: I-Naht am Rohr in Rohrposition PH schweißen Abschlussarbeit Schlussfolgerung zu dieser Lernunterstützung Bibliographie Anhang Moonen René Travail de candidature 8 / 118

9 2.Einleitung Da es sich bei diesen thermischen Fügeverfahren um unterschiedliche Technologien handelt, möchte ich vorab einige Begriffserklärungen zum besseren Verständnis aufführen. Schweißen: Beim Schweißen werden zwei Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden. Dabei wird der Werkstoff an der Fügestelle durch Wärme oder Reibung in flüssigen oder plastischen Zustand gebracht. Bei den meisten Schweißverfahren muss Zusatzwerkstoff zum Füllen der Fugen zugegeben werden. 1 Schweißverbindungen sind stoffschlüssige und unlösbare Verbindungen. 2 Löten: 1 (nachgeschlagen am 04/01/12) 2 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 217./.ISBN Moonen René Travail de candidature 9 / 118

10 Löten ist ein stoffschlüssiges Fügen und Beschichten von Werkstoffen mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalls, dem Lot. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb der Schmelztemperatur der zu verbindenden Grundwerkstoffe. Die Grundwerkstoffe werden vom Lot benetzt, ohne geschmolzen zu werden. Das Löten erfolgt vielfach unter Anwendung von Flussmitteln, Schutzgasen oder im Vakuum. Durch Löten lassen sich gleiche oder einige verschiedenartige metallische Werkstoffe fest, dicht und leitfähig verbinden. 3 3.Bedeutung der thermischen Fügeverfahren im Aufgabengebiet des Sanitär-, Heizungs und Klimainstallateurs Ein relevanter Teil der der Arbeiten des Sanitär-, Heizungs und Klimainstallateurs (SHK- Installateurs) besteht in der Praxis im Verlegen von Rohren zum Anschluss der verschiedenen Energiequellen. Richtungsänderungen, sowie Abzweige und Querschnittsveränderungen in einem Rohrleitungsnetz können mit Hilfe von entsprechenden Formteilen mittels Einschweißen oder Löten erfolgen. Beim Verlegen von Stahlrohren in größeren Heizungsanlagen werden die jeweiligen Rohrverbindungen geschweißt. Bei Trinkwasserleitungen mit großen Nennweiten erhalten die Rohrleitungen an definierten Stellen Vorschweiß-Flanschverbindungen, welche bei Wartungsarbeiten gelöst werden können Schweiß und Löttechnologien haben eine zentrale Bedeutung beim stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen. Bei sachgemäßer Ausführung ist das Schweißen eine besonders feste, sichere und ferner eine wirtschaftliche Verbindung von Rohrleitungen. Stoffschlüssige Verbindungen können jedoch nur durch Zerstörung der Fügeflächen wieder gelöst werden, wodurch sie zu den unlösbaren Verbindungen gegliedert werden. 3 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 211./.ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 10 / 118

11 Im Rohrleitungsbau werden Kupferrohre weich- oder hartgelötet. Präzisionsstahlrohre werden durch Hartlöten, Gewinderohre werden durch Gasschmelzschweißen oder Lichtbogenschweißen stoffschlüssig verbunden. Da es sich bei den schweiß- und löttechnischen Fertigungsverfahren um ein sehr umfangreiches Gesamtgebiet handelt, möchte ich in diesem Leitfaden die drei thermisch relevantesten Fügeverfahren im Beruf des Sanitär-, Heizungs- und Klimainstallateurs hervorheben. Das Gasschmelzschweißen, auch Autogenschweißen genannt. Das Hartlöten Das WIG-Schweißen (Wolfram-Inert-Gas-Schweißen) 4. Entwicklung der Schweiß- und Lötverfahren Als unsere Vorfahren begannen Geräte und Handwerkszeuge aus metallischen Werkstoffen herzustellen, mussten diese Gegenstände genauso wie heute aus einzelnen Bauelementen zusammengefügt werden. Als ältestes Verfahren der thermischen Verbindungstechnik gilt das Moonen René Travail de candidature 11 / 118

12 Löten, welches hartgelötete Schmuckstücke der Sumerer um 3000 v. Chr. belegen. Als die Bronze dann durch das Eisen verdrängt wurde, entwickelte sich das Feuerschweißen, das bis ins 19.Jahrhundert einziges Schweißverfahren blieb. Die moderne Schweißtechnik verdankt ihre Entwicklung den grundlegenden naturwissenschaftlichen Erkenntnissen, wodurch es gelang, Wärmequellen mit höheren Temperaturen beim Fügeprozess einzusetzen. Das Gasschmelzschweißen, auch Autogenschweißen ( autogen : Zusammensetzung aus griech.: auto = selbst und lat.: genere = erzeugen) fand am schnellsten Einzug in die praktische Anwendung und dominierte wegen seiner Vielseitigkeit. Das Lichtbogenschweißen konnte sich erst in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts durchsetzen. Beim Lichtbogenschweißen erkannte man, dass die Abschirmung der Schweißstelle gegenüber der Atmosphäre von fundamentaler Bedeutung ist. Daraufhin erfolgten drei erfolgreiche Entwicklungen: Das offene Metall-Lichtbogenschweißen mit umhüllten Stabelektroden Das geschützte Lichtbogenverfahren mit Schutzgasen Das verdeckte Metall- Lichtbogenschweißen durch Pulver. Die Einführung weiterer Verfahren stellt die konsequente Weiterentwicklung unter wirtschaftlichen und qualitativen Gesichtspunkten dar. Ergebnisse aus Forschungen auf dem Gebiet der Werkstoffkunde vergrößern die Zahl der verfügbaren Zusatzstoffe, Schutzgase und Hilfsstoffe, wodurch die Anwendbarkeit und die Qualität der Schweißverfahren kontinuierlich gesteigert werden kann. So ist das Schweißen heute in allen Bereichen der Technik ein unentbehrliches Fügeverfahren, weil die auftretenden statischen, dynamischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen von anderen Verbindungssystemen weniger oder gar nicht ertragen werden. Feuerschweißen durch Schmieden im Mittelalter (nachgeschlagen am 11/01/12) Moonen René Travail de candidature 12 / 118

13 Gasschmelzschweißen mit Zusatzdraht an einer Automobilkarosserie 5 WIG-Schweißen im Reaktorbau 6 5.Technische Aufgabe des Schweißens Das Schweißen weist gegenüber anderen Fügeverfahren die Besonderheit auf, dass die Verbindung zwischen den Grundwerkstoffen der Komponenten unmittelbar durch ihre Vereinigung auf metallurgischem Weg erzielt wird. Demzufolge müsste sich der Bereich der Schweißnaht bei allen Arten von Beanspruchungen identisch, wie der nicht geschweißte Grundwerkstoff verhalten. Dieser Forderung kommt das Schweißen näher als irgendein anderes Fügeverfahren. Das Schweißen wird unter Einwirkung von Wärmeenergie ausgeführt. Metallurgisch führt die Wärme zu Gefügeveränderungen in der Schweißzone, welche zur Herabsetzung der Festigkeit 5 am 11/01/12) 6 am 26/02/12) Moonen René Travail de candidature 13 / 118

14 der Bauteile führen kann. Physikalisch bewirkt die Wärmeenergie Eigenspannungen, da sich der Werkstoff an der Schweißstelle ausdehnt und die umgebenen kälteren Stellen sich dieser Ausdehnung widersetzen. Daher kommt es bei der Ausführung von Schweißarbeiten darauf an, diese negativen Auswirkungen durch Abstimmung von Werkstoff, Bauteilgestaltung und Herstellungsweise in zulässigen Grenzen zu halten. Das Schweißen hat durch die Dichtheit und Festigkeit seiner Verbindungen im Rohrleitungsbau eine führende Position gegenüber anderen Fügeverfahren eingenommen. 6.Einteilung der thermischen Fügeverfahren Aus der Reihe der Schweiß- und Lötverfahren habe ich die Relevantesten für den Bereich des SHK-Installateurs in nachstehender Tabelle zusammengefasst, wobei eine Wissensstandanalyse bei den Auszubildenden zu diesen Techniken durchgeführt wird. Einteilung der Fügeverfahren nach DIN EN ISO 4063 (Auswahl) Prozess Ordnungsnummer Lichtbogenschweißen 1 Lichtbogenhandschweißen 111 Metall-Inertgasschweißen MIG 131 Metall-Aktivgasschweißen MAG 135 Wolfram-Inertgasschweißen WIG 141 Gasschmelzschweißen 3 Gasschweißen mit Sauerstoff-Acetylen-Flamme 311 Gasschweißen mit Sauerstoff-Propan-Flamme 312 Hartlöten, Weichlöten 9 Flammhartlöten Europa Lehrmittel / Tabellenbuch Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten / 44.Auflage 2008 / Seite 322 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 14 / 118

15 7.Das Gasschmelzschweißen 8 Beim Gasschmelzschweißen werden die Fügeteile durch eine Acetylen Sauerstoffflamme zum Schmelzen gebracht. Hierbei wird eine Flammentemperatur von etwa 3200 C erreicht, wobei die Streuflamme das Schmelzbad vor der Umgebungsluft schützt. Die Gase werden Gasflaschen entnommen und über Gasschläuche zum Schweißbrenner geleitet. Trotz ihrer relativ geringen Leistungsfähigkeit wird diese Technik aufgrund ihrer hohen Flexibilität im Handwerk, z.b. in Rohrleitungsbau, weitverbreitet eingesetzt. Das Verfahren kann in der Werkstatt und auf der Baustelle gleich gut angewendet werden. Es erfordert einfache Geräte und ist von der jeweiligen Energieversorgung generell unabhängig. Weitere Vorteile dieses Schweißverfahrens sind die getrennte Zuführung von Wärme und Schweißzusatzwerkstoff und die daraus resultierende gute Eignung für Zwangslagenschweißungen sowie eine gute Spaltüberbrückbarkeit. Bei den üblicherweise niedrigen Schweißgeschwindigkeiten werden nur kleine Schweißeigenspannungen induziert und die Neigung zum Aufhärten bleibt gering. Andererseits ist mit starker Kornvergröberung und starkem Verzug der geschweißten Bauteile zu rechnen. 8 am 04/03/12) Moonen René Travail de candidature 15 / 118

16 Übersicht einer Gasschweißanlage Eingesetzte Gase Die zum Schweißen notwendige Wärmeenergie wird durch Verbrennen eines Brenngases mit reinem Sauerstoff erreicht Sauerstoff (O2) Unsere Umgebungsluft enthält 21% Sauerstoff. Sauerstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses ungiftiges Gas, welches die Verbrennung von Brennstoffen erst möglich macht. In Sauerstoffwerken wird Sauerstoff durch Verflüssigen der Luft gewonnen und unter hohem Druck in Stahlflaschen eingefüllt. Flaschenkennung von Sauerstoff nach DIN EN 1089 Flaschenschulter: Kennfarbe weiß N für Europanorm Flaschenkörper: Kennfarbe blau 10 9 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 225./.ISBN (nachgeschlagen am 14/01/12) Moonen René Travail de candidature 16 / 118

17 Der Anschluss der Sauerstoffflasche besteht aus einem Gewinde R3/4. Der Flascheninhalt errechnet sich aus dem Flaschenvolumen und dem Inhaltsdruck. Eine Sauerstoffflasche hat einen Fülldruck von 200 bar. Flascheninhalt (Liter) = Flaschenvolumen (Liter) x Fülldruck (bar) Eine Sauerstoffflasche von 50 Litern enthält somit: 50 x 200 = Liter Sauerstoff Acetylen (C2H2) Acetylen ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H), welche leichter als Luft ist. Im Acetylenentwickler wird Calciumcarbid mit Wasser in Verbindung gebracht. Das Rohacetylen wird gereinigt, getrocknet und anschließend komprimiert und in Stahlflaschen gefüllt. Geringe Verunreinigungen verleihen dem Acetylen seinen eigentümlichen Geruch. Flaschenkennung von Acetylen nach DIN EN 1089 Flaschenschulter: Kennfarbe kastanienbraun N für Europanorm Flaschenkörper: Kennfarbe kastanienbraun Der Anschluss der Acetylenflasche besteht aus einem Spannbügel. Das Acetylen wird mit einem Druck von etwa 18 bar in die Stahlflaschen gepresst. Je nach Ausführung gibt es Acetylenflaschen mit einem Fassungsvermögen bis Liter Acetylen. Acetylen neigt bei höheren Drücken und Temperaturen zum Zersetzen und kann dann zu einer Explosion führen. Der maximale Arbeitsdruck wird deshalb mit dem Druckminderer auf 1,5 bar begrenzt. In der Acetylenflasche wird das Acetylen durch eine mit Aceton getränkte poröse Masse vor einem Zersetzen, und damit vor einer Explosion geschützt. Das Aceton wirkt als Lösemittel und nimmt Acetylen auf. Die poröse Masse in der Flasche wirkt wie ein Schwamm und speichert das im Aceton gelöste Acetylen (nachgeschlagen am 14/01/12 12 GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 28 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 17 / 118

18 7.2 Gefahrgutaufkleber Sämtliche Gasflaschen sind mit einem Gefahrgutaufkleber versehen, welcher die verbindlichen Angaben über den Inhalt der Gasflasche erläutert Gefahren- und Sicherheitshinweise 2. Gefahrzettel nach ADR/RID 3. Zusammensetzung des Gasgemisches oder Reinheitsangabe des Gases 4. Produktbezeichnung 5. EG- Nummer bei Einzelstoffen entfällt bei Gasgemischen 6. UN- Nummer und Benennung des Stoffes 7. Hinweis des Gasherstellers 8. Anschrift des Herstellers 9. Signalwort Erklärung zur Interpretation der Sicherheitsvorschriften Da jede Handlung mit einer Konsequenz behaftet ist, bin ich stets bemüht, mit Beispielen von fahrlässigen Handlungen die Wichtigkeit der Handlungen zu untermalen. In meinem vorigen Arbeitsverhältnis war ich während sechs Jahren Sicherheitsbeauftragter, wobei ich auch manchmal die Einhaltung der geltenden Vorschriften bei den Arbeitnehmern sowie den Vorgesetzten mit Nachdruck durchsetzen musste. Das Wohl des Einzelnen soll nicht durch 13 (nachgeschlagen am 14/01/12) Moonen René Travail de candidature 18 / 118

19 eine fälschlich interpretierte Effektivitätsstategie aufs Spiel gesetzt werden. Da bei den Sicherheitsvorschriften eine Null-Toleranz vorherrschen sollte, betone ich durch Wiederholungen und Beispiele von Folgeunfällen laufend deren Wichtigkeit. Sinn, Zweck und Einhaltung dieser Schutzmaßnahmen muss der Auszubildende jedoch außerhalb der Schule durch intrinsische Motivation erlernen, da auf den Baustellen oft ein ungenügendes Sicherheitsbewusstsein aufzufinden ist. Da mir im betrieblichen Handeln keine Kontrollmöglichkeiten gegeben sind, kann ich hier nur eine unterstützende Rolle einnehmen. Die Schüler müssen sich zu ihrer Ausbildung erst positionieren und erkennen, dass ihnen ebenfalls die Verantwortung zur Vermeidung von Arbeitsunfällen obliegt. Wenn der Sicherheitsgedanke sich durch einen angepassten Werkstattunterricht in den Köpfen der Schüler verankert hat, erhoffe ich mir ein rücksichtsvolleres Handeln in den Betrieben. Deswegen schiebe ich zu den einzelnen Teilbereichen der Fügeverfahren jeweils die relevantesten Sicherheitsverordnungen ein, welche fortwährend wiederholt werden Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit den Schweißgasen Sauerstoffarmaturen öl- und fettfrei halten. Explosions- und Feuergefahr! Sauerstoff nicht zum Ausblasen oder Belüften benutzen. Explosions- und Feuergefahr! Acetylenflaschen dürfen nie liegend entleert werden, der Flaschenkopf muss mindestens 40 cm höher liegen als der Flaschenfuß, damit kein flüssiges Aceton aus der Flasche mitgerissen wird. Gasflaschen dürfen nicht geworfen oder liegend gerollt werden. Werden Gasflaschen befördert oder gelagert, müssen die Schutzkappen aufgeschraubt sein. Gasflaschen dürfen keinen Schlägen, Erschütterungen oder Hitze ausgesetzt werden. Gasflaschen sind gegen Umfallen zu sichern GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 28 / ISBN Moonen René Travail de candidature 19 / 118

20 Flaschenventile dürfen nicht ruckartig geöffnet werden und müssen bei Arbeitsende immer geschlossen werden (auch bei kleineren Pausen). Gemische von Acetylen und Luft oder Sauerstoff sind innerhalb bestimmter Grenzen zünd- und explosionsfähig. 15 Bei Notsituationen Flaschenventile sofort schließen. 15 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 20 / 118

21 7.4. Druckminderer 16 Druckminderer haben die Aufgabe, den hohen Flaschendruck (Vordruck) auf den Betriebsdruck (Hinterdruck) zu reduzieren und während der gesamten Schweißzeit konstant zu halten. Die Flaschen für die einzelnen Gasarten besitzen unterschiedliche Druckminderer, welche untereinander nicht austauschbar sind. Die entsprechenden Druckminderer werden direkt an die Flaschenventile angeschlossen. Die Druckminderer der Acetylen- und der Sauerstoffflasche sollen voneinander zeigen und die Sicherheitsventile müssen nach oben abblasen können. Die Druckminderer sind mit zwei Manometern ausgerüstet, wobei der Vordruckmanometer den Flaschendruck und der Hinterdruckmanometer den Arbeitsdruck anzeigt. Mit der Einstellschraube wird der Arbeitsdruck bei geöffnetem Schweißbrennerventil eingestellt. Zum Öffnen und Schließen des Druckminderers dient das Absperrventil. 16 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 21 / 118

22 7.5. Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Druckminderern Druckminderer öl-und fettfrei halten. Flaschenventile langsam öffnen, um Beschädigungen am Druckminderer durch Druckspitzen zu vermeiden. Nach beendeter Arbeit müssen die Druckminderer entlastet werden. Die Einstellschraube ist so weit herauszudrehen, bis kein Federdruck mehr vorhanden ist. Gasschläuche und Brenner dürfen nicht an den Druckminderern aufgehängt werden Sicherheitseinrichtungen Sicherheitseinrichtungen verhindern: Eintritt von Luft oder Sauerstoff in die Brenngasleitung. Flammendurchschlag in das Rohrleitungsnetz oder die Druckgasflasche. weitere Brenngaszufuhr nach einem Flammenrückschlag. Um einen Flammenrückschlag in die Gasflaschen zu verhindern, werden entweder unmittelbar hinter dem Schweißbrenner oder vor den Druckminderern Sicherheitseinrichtungen eingebaut. Die Gebrauchsstellenvorlage enthält in Strömungsrichtung gesehen ein Gasrücktrittventil und ein Sintermetall als Flammensperre. Moonen René Travail de candidature 22 / 118

23 Bei einem Flammenrücktritt verlöscht die Flamme im Sintermetall. Im Falle eines Gasrücktritts schließt das Gasrücktrittventil. Bei der temperaturgesteuerten Gebrauchsstellenvorlage ist nach einem leichten Flammenrückschlag die weitere Brenngaszufuhr nicht unterbunden. Die Sicherung löst erst ab Temperaturen von etwa 90 bis 100 C aus. Nach dem Auslösen kann diese nicht selbst entriegelt werden BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 23 / 118

24 7.7. Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Sicherheitseinrichtungen Sicherheitseinrichtungen sind sowohl am Sauerstoff- als auch am Acetylendruckminderer zu verwenden. Rücktrittventile am Griffstück des Brenners erhöhen die Sicherheit. Sicherheitseinrichtungen müssen jährlich geprüft werden Gasschläuche und Schlauchanschlüsse Am Schweißbrenner werden die beiden Gasschläuche angeschlossen. Die Gasschläuche sind farblich gekennzeichnet. Sauerstoff = Kennfarbe blau Acetylen = Kennfarbe rot Durch Abstandshalter werden die Schläuche zusammengeführt und die Enden der Schläuche werden mit Schlauchschellen auf den Anschlusstüllen befestigt. Unterschiedliche Anschlussgewinde verhindern ein falsches Anschließen. Sauerstoff = Verschraubung R 1/4 (Rechtsgewinde) Acetylen = Verschraubung R 3/8-LH (Linksgewinde mit Kerbe im Sechskant) Moonen René Travail de candidature 24 / 118

25 7.9. Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Gasschläuchen und Anschlüssen In schlechtem Zustand befindliche oder mit Öl und Fett verschmierte Brenngas- und Sauerstoffschläuche bedeuten Unfallgefahr! Regelmäßig Dichtheitskontrollen mit schaumbildendem Mittel an den Gasschläuchen und Anschlüssen durchführen Gasschläuche sind vor Beschädigungen, Knicken, Anbrennen und Funkenflug zu schützen. Schläuche dürfen nicht zwischen den Beinen und über den Körper geführt werden. Bereits kleine Beschädigungen müssen sofort sachgemäß ausgebessert werden. Zur Schlauchverbindung passende Doppelschlauchtüllen verwenden Schweißbrenner 18 Der Schweißbrenner soll eine konstante Mischung der Gase und eine Anpassung an die gestellte Schweißaufgabe ermöglichen. Die heute verwendeten Injektorbrenner bestehen aus einem Griffstück mit Anschlüssen und Ventilen sowie dem Schweißeinsatz. 18 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 25 / 118

26 Injektorbereich eines Saugbrenners 19 Im Injektor tritt Sauerstoff mit hoher Strömungsgeschwindigkeit aus und erzeugt nach dem Venturi-Prinzip in der Brenngasleitung einen Unterdruck. Durch das Ansaugen und Mitreißen des Acetylens kann ein Druckaufbau des Acetylens bis zum kritischen Zerfallsdruck sicher ausgeschlossen werden. Die Gase verwirbeln in der Mischdüse und treten aus dem Mischrohr über die Brennerdüse aus. 19 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 26 / 118

27 7.11. Die Schweißflamme Die Schweißflamme ist das eigentliche Werkzeug beim Gasschmelzschweißen. Eine Flamme entsteht durch Zündung eines Gasgemischs, das aus einer Düse ausströmt. Brennbar ist ein solches Gasgemisch, wenn die freiwerdende Wärme ausreicht, eine weitere Verbrennung aufrecht zu erhalten. Die vollständige Verbrennung des Acetylens erfolgt in zwei Stufen. Einer unvollständigen Oxidation mit dem Flaschensauerstoff folgt eine zweite Reaktionsstufe bis zur vollständigen Verbrennung mit der Umgebungsluft. Im Bereich der ersten Verbrennungsstufe, etwa 2 bis 5 mm vor der Spitze des leuchtenden Flammenkegels, der Arbeitszone, entsteht die höchste Flammentemperatur von 3200 C, welche für die Schweißarbeiten genutzt wird. Acetylen-Sauerstoff-Flamme BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 27 / 118

28 Verbrennungsstufen der Acetylen-Sauerstoff-Flamme In der ersten Verbrennungsstufe beträgt der Volumenanteil von Acetylen zu Sauerstoff 1:1, wobei in der zweiten Verbrennungsstufe noch 1,5 Volumenanteile aus der Umgebungsluft aufgenommen werden. 21 Somit benötigt 1 Teil Acetylen 2,5 Teile Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung. Da beim Schweißen ein erhöhter Sauerstoffverbrauch aus der Umgebungsluft vorliegt, CO2, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe und andere Verbrennungsprodukte entstehen, muss auf eine ausreichende Frischluftzufuhr geachtet werden. 21 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 28 / 118

29 Acetylen- Sauerstoff-Mischungsverhältnis Bei einer Acetylenüberschussflamme erfolgt die Reaktion der ersten Verbrennungsstufe auf längerer Strecke. Somit kann die Schmelze Kohlenstoff aufnehmen und bei Stählen eine Festigkeits- und Härtesteigerung, aber auch einen steigenden Versprödungsgrad bewirken. Der Flammkegel ist grünlich lang und unscharf. 22 Bei einer neutralen Flammeneinstellung mit unvollständiger Verbrennung in der Arbeitszone entsteht eine reduzierende Wirkung auf die Schweißstelle. Die entstehenden Gase Kohlenmonoxid und Wasserstoff bewirken, dass das flüssige Metall keine Reaktion mit dem Flaschensauerstoff eingehen kann und gegenüber der Umgebungsluft abgeschirmt bleibt. Der Flammkegel ist weiß leuchtend und scharf begrenzt. 23 Bei einer Sauerstoffüberschussflamme erfolgt die Reaktion der ersten Verbrennungsstufe auf kürzerer Strecke. Bei Stahl besteht die Gefahr, dass der überschüssige Sauerstoff in das Schmelzbad gelangt und zu Oxideinschlüssen führt. Der Flammkegel ist blau, kurz und scharf begrenzt BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 29 / 118

30 Angleichung der Flammleistung Die zum Schweißen notwendige Wärmemenge und Wärmeeinbringung kann durch folgende Parameter an die Schweißaufgabe abgestimmt werden. Wahl des Schweißeinsatzes Je nach Dicke der Werkstücke wird der entsprechende Schweißeinsatz gewählt. Auf der Mischdüse kann man die erforderlichen Angaben ablesen. Die auswechselbaren Schweißeinsätze haben einen kolbenförmigen Anschluss, der mit Hilfe einer Anschlussbohrung am Griffstück gasdicht befestigt wird. Im kolbenförmigen Anschluss ist die Mischeinrichtung untergebracht. Das Mischrohr hat für das manuelle Arbeiten vorzugsweise eine abgewinkelte Form, an dessen Ende die Schweißdüse aufgeschraubt ist. Größe des Schweißeinsatzes Schweißbereich in mm O2 Verbrauch = C2H2 Verbrauch in l/h Gr. 1 0, Gr Gr Gr Gr Gr Drücke in bar Acetylen: 0,2 0,5 Sauerstoff: 2, Betriebsdaten Schweißbrenner Messer STAR Moonen René Travail de candidature 30 / 118

31 Mit Hilfe der Ausströmgeschwindigkeit der Schweißgase erfolgt eine weitere Anpassung der Wärmemenge an die Blechdicke. Bei weicher Flamme ist die Ausströmgeschwindigkeit klein und die Wärmemenge vergleichsweise gering, wohingegen bei harter Flamme die Geschwindigkeit und die Wärmemenge groß sind BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 31 / 118

32 Flammenstörungen Störung Auswirkung Ursache Abhilfe Unsymmetrisches Unsauber Reinigung mit und ausgefranstes Verschmutzte Düse brennende Flamme Reinigungsnadeln Flammenbild Die Flamme hebt Wegfliegen der Ausströmgeschwindigkeit Gasgemisch sich von der Düse Flamme zu hoch drosseln ab und erlischt. Die Flamme schlägt Brenner sofort mit einem Knall in abstellen und die Düse zurück Hauptventile Abknallen der und verlischt. Beim Überhitzte oder schließen. Flamme Wiederzünden kann verschmutzte Düse Abkühlen des sich der Vorgang Schweißeinsatzes wiederholen. Der in Wasser. Brenner knattert. Brenner sofort Die Flamme schlägt Zu geringer Gasdurchfluss abstellen und bis zur oder übermäßige Hauptventile Mischeinrichtung Flammenrückschlag Erwärmung des schließen. zurück und brennt Mischrohrs, so dass dort Abkühlen des dort mit pfeifendem Acetylenzerfall eintritt. Schweißeinsatzes Geräusch weiter. in Wasser. Bei erneuter Inbetriebnahme des Brenners müssen die Dichtungen des Schweißeinsatzes überprüft werden und die Schweißdüsen gegebenenfalls gereinigt werden HASE, Carl; -REITZE, Walter / Lehrbuch des Gasschweißens und verwandter Autogenverfahren / Girardet Verlag Essen 1980 / Seite 174 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 32 / 118

33 Zerstörter Schweißeinsatz infolge eines Flammenrückschlags Beim Flammenrückschlag brannte die Flamme im Mischrohr unter pfeifendem Geräusch weiter. Durch die Temperaturerhöhung im Innern des Mundstücks schmolz das Material und der Schweißeinsatz fiel innerhalb weniger Sekunden ab. Abhilfe wäre hier das rasche Schließen der Ventile gewesen Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Schweißbrenner und Flamme Undichtigkeiten sofort beseitigen. Vor dem Montieren des Schweißeinsatzes sind die O-Ringe auf Beschädigungen zu überprüfen. Nach dem Einsetzen des Schweißeinsatzes in das Griffstück wird die Überwurfmutter handfest angezogen. Für ausreichende Belüftung sorgen. Bei Flammenrückschlag Brenner sofort abstellen und Hauptventile/Flaschen schließen und Mischrohr im Wasser kühlen. Angeschlossene Brenner dürfen niemals in teilweise oder ganz geschlossenen Räumen, z.b. Rohren, Werkzeugkästen, Schubladen, abgelegt werden. Dort können sich explosive Gasgemische ansammeln, falls die Ventile nicht vollständig geschlossen wurden. Moonen René Travail de candidature 33 / 118

34 7.13. Schweißstäbe zum Gasschmelzschweißen Die Festigkeit eines geschweißten Werkstücks soll durch die Schweißnaht nicht beeinträchtigt werden. Demzufolge muss der Schweißzusatz dem Werkstoff der zu verbindenden Teile angepasst sein. Die zugeführten Schweißstäbe werden als Zusatzwerkstoff zum Füllen der Schweißfuge abgeschmolzen. Sie sind für das Verbindungsschweißen von Stählen in die Klassen O I (für unlegierte Baustähle) bis O V (für legierte Stähle) eingeteilt. Gasschweißstäbe für das Verbindungsschweißen von Stahl nach DIN EN Zugfestigkeit Kurzname Fließverhalten Spritzer Porenneigung Anwendungsbereich Stahlsorten Rm N/mm² O I dünnfließend viel ja Bleche/Rohre S235,S O II weniger wenig ja Behälter/ S235,S dünnfließend Rohrleitungen P235GH P265GH O III zähfließend keine nein Behälter/ S235,S Rohrleitungen P235GH P265GH O IV zähfließend keine nein Kessel Rohrleitungen, S235,S355 S275,P warmfest bis P235GH 530 C P265GH P295GH 16Mo3 O V zähfließend keine nein Kessel Rohrleitungen, 13CrMo4-5 16CrMo3 warmfest bis 570 C Europa Lehrmittel / Tabellenbuch Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten / 44.Auflage 2008 / Seite 324 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 34 / 118

35 Durch eine geeignete Dosierung des Schweißzusatzes kann auch einer Überhitzung des Schweißbades entgegengewirkt werden. Beim Schweißen kommt es aus wärmetechnischen und metallurgischen Gründen darauf an, die Flammenausbildung durch das Zuführen des Schweißstabes möglichst wenig zu stören. Zum Schweißen werden daher bevorzugt glatte verkupferte Stäbe mit Durchmessern zwischen 1 mm und 6 mm bei einer Länge von 1000 mm verwendet. Schweißstäbe können der jeweiligen Anforderung durch Biegen angepasst und durch Zusammenschweißen restlos ausgenutzt werden. Bei der Lagerung der Zusatzwerkstoffe ist darauf zu achten, dass sie sauber bleiben und nicht rosten, da jegliche Fremdstoffe die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen. Bevor mit dem Arbeiten begonnen werden kann, hier einige durchzuführende Tätigkeiten Der Arbeitsplatz beim Gasschmelzschweißen Wegen der beim Gasschmelzschweißen entstehenden gesundheitsschädlichen Gase, Rauche und Dämpfe muss der Arbeitsplatz gut gelüftet sein. Im praktischen Werkstattunterricht erlernen die Auszubildenden das Gasschmelzschweißen an einem Schweißtisch mit einer Arbeitsplatte, wo eine Vorrichtung zum Einhängen des Schweißbrenners angebracht ist. Des Weiteren wird ein Wasserbehälter zum Abkühlen der Schweißdüse sowie der heißen Werkstücke benötigt. Zur Erleichterung der Arbeit sind ein Gassparer, ein Schweißstabhalter, eine höhenverstellbare Werkstückhalterung und ein Hocker als Sitzgelegenheit von Vorteil. Zu einer Gasschweiß-Arbeitsplatzausrüstung gehören: 1 Bankhammer 1 Feuerzange 1 Drahtbürste 1 Gasanzünder Stahlprofile als Auflage Schweißeinsätze in verschiedenen Größen Moonen René Travail de candidature 35 / 118

36 7.15. Sicherheitsvorschriften zur Gestaltung des Arbeitsplatzes Schweißgeräte müssen sich in einem ordnungsgemäßen Zustand befinden. Alle brennbaren Stoffe sind aus dem Arbeitsbereich zu entfernen. Feuerlöscheinrichtungen müssen bereitstehen. Auf gute Lüftung achten Persönliche Schutzausrüstung beim Gasschmelzschweißen Zusätzlich zu den offensichtlichen Unfallgefahren wird der Schweißer durch eine Reihe von Einwirkungen bedroht, wozu die Benutzung von persönlicher Schutzausrüstung notwendig ist. Arbeitskleidung Beim Gasschmelzschweißen wird öl- und fettfreie Schutzkleidung aus schwer entflammbarem Material getragen, wobei darauf zu achten ist, dass die Ärmel der Jacke eng anliegen und die Arbeitshose keinen Umschlag hat. Des Weiteren darf in der Werkstatt nur mit Sicherheitsschuhen gearbeitet werden. Als zusätzlicher Schutz gegen Spritzer und Wärme dienen Lederschürze, Schweißerhandschuhe und Gamaschen. Des Weiteren darf die Kleidung keine gefährliche Gegenstände (Einwegfeuerzeug, Spraydose) enthalten. Schweißerschutzbrille Die getönte Schutzbrille schützt die Augen vor Schweißspritzern, blendenden Lichtstrahlen und Wärme. Auf der Randzone müssen die Gläser: tragen. die Schutzstufen-Kennzahl, die Klassen-Kennzahl, den Kennbuchstaben des Herstellers, den Hinweis auf die Norm Beim Gasschweißen werden die Filterschutzstufen 5 oder 6 angewendet. Moonen René Travail de candidature 36 / 118

37 Nach der einleitenden Kenntnisvermittlung befasst sich der Lehrfaden mit den einzelnen Übungen, zum Gasschmelzschweißen. Zu jeder Übung werden die allgemeinen Sicherheitsvorschriften gefestigt, wobei zusätzliche Sicherheitsvorschriften angegliedert werden können. Des Weiteren werden zu den einzelnen Arbeitsschritten praktische Hinweise notiert. Die Angaben zur Brennerhaltung werden durch Modelle und praktische Vorführungen visuell untermauert. Die vom Auszubildenden hergestellten Nähte werden individuell beurteilt und durch entsprechende Gegenmaßnahmen angepasst. Die Übungen sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad aufgebaut, daher sollte die vorgegebene Reihenfolge bei der Durchführung dieser Übungsreihe möglichst eingehalten werden. Moonen René Travail de candidature 37 / 118

38 Übung G 1: Inbetriebnahme und Abstellen der Schweißanlage sowie Reinigen der Schweißdüse Beim ersten praktischen Kontakt mit den schweißtechnischen Komponenten sollen die Auszubildenden nach dieser Übung die Gasflamme am Schweißbrenner zünden, einstellen und abstellen können. Des Weiteren sollen sie Flammenstörungen erkennen und beseitigen können. Inbetriebnahme der Schweißanlage Sauerstoffventil langsam öffnen Acetylenventil langsam öffnen Druckminderer vom Sauerstoff auf 2,5 bar einstellen (Einstellschraube hineindrehen) Druckminderer vom Acetylen auf 0,5 bar einstellen (Einstellschraube hineindrehen) Anzündflamme mit dem Gasanzünder anzünden Sauerstoffventil am Brenner öffnen (Test mit dem Handrücken) Acetylenventil am Brenner langsam öffnen Brenner an der Anzündflamme zünden Einstellen einer neutralen Flamme Hinweis Die neutrale Flamme ergibt sich durch langsames Einstellen mit dem Acetylenventil am Schweißbrenner, bis ein scharf abgegrenzter, weiß leuchtender Flammenkegel an der Schweißdüse erkennbar ist. Der Flammenkegel wird von der Beiflamme umhüllt. Moonen René Travail de candidature 38 / 118

39 Zusätzliche Sicherheitsvorschriften Anzündflamme oder Brenner nie mit einem handelsüblichen Feuerzeug anzünden. Kein Feuerzeug in der Tasche tragen (Explosionsgefahr). Beim Zünden des Brenners ist darauf zu achten, dass die Flamme vom Körper weg zeigt. Abstellen der Schweißanlage Bei entzündeter Brennerflamme Acetylenventil schließen Sauerstoffventil schließen Brenngas abbrennen lassen Acetylenventil am Brenner schließen, wenn der Arbeitsdruck auf 0 bar ist Sauerstoffventil am Brenner schließen, wenn der Arbeitsdruck auf 0 bar ist Einstellschraube am Druckminderer vom Acetylen herausdrehen (Entlastung der Membrane) Einstellschraube am Druckminderer vom Sauerstoff herausdrehen (Entlastung der Membrane) Anzündflammenventil schließen Reinigung der Schweißdüse Ist die Schweißdüse des Schweißbrenners verschmutzt oder durch Schweißspritzer verstopft, muss sie mit dem passenden Düsenreiniger gereinigt werden. Hierbei darf die Bohrung weder aufgeweitet werden, noch dürfen Riefen entstehen, da sonst der Gasstrom gestört wird. Düsenreiniger mit verschiedenen Durchmessern Moonen René Travail de candidature 39 / 118

40 Übung G 2: Zeichnungsinterpretation und Auftragsschweißen Im Vorfeld zur praktischen Anwendung wird die symbolische Darstellung zum Schweißen und Löten erläutert. Originalzeichnung 1/30 im Anhang Zeichnerische Darstellung der Schweißraupe Das Symbol der Nahtart steht senkrecht zu einer Bezugslinie und wird, wenn nötig, mit Angaben zur Nahtdicke und Nahtlänge ergänzt. Die Bezugslinie endet mit einer Gabel, in der weitere Angaben zum Schweißverfahren gegeben werden können. Steht das Symbol auf der Seite der Bezugs-Volllinie, so wird von der Pfeilseite geschweißt GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 19 / ISBN Moonen René Travail de candidature 40 / 118

41 Steht das Symbol auf der Seite der Bezugs-Strichlinie, so soll von der Gegenseite geschweißt werden. Grundsymbole der Nahtarten nach DIN EN Beim Auftragsschweißen wird das Werkstück örtlich begrenzt zum Schmelzen gebracht, wobei zusätzlich der Schweißstab abgeschmolzen und aufgetragen wird. Das Auftragsschweißen wird üblicherweise bei Reparaturarbeiten eingesetzt. Bei dieser Nahtart lernen die Auszubildenden, Brenner und Schweißstab nach den angerissenen Linien auf dem Werkstück in Wannenlage zu führen. Hierbei wird die Schweißmethode des Nachlinks- Schweißens angewendet, welche bis zu Materialstärken bis 3 mm eingesetzt wird HOISCHEN, Hans; HESSER, Wilfried / Technisches Zeichnen / Cornelsen Verlag Berlin/ 33.Auflage 2011 / Seite 351 / ISBN Moonen René Travail de candidature 41 / 118

42 Aufgabenstellung Auftragsnähte in Wannenposition schweißen Werkstoff Schweißplatte 100 x 100 x 2 Schweißeinsatz Gr mm Schweißstab O I Ø 2 mm Schweißmethode Nachlinks-Schweißen Nach dem Einstellen der neutralen Flamme wird der Brenner an das Werkstück geführt. Der Schweißbereich liegt etwa 2 bis 5 mm vor dem weiß leuchtenden Flammenkegel, da hier die Temperatur am höchsten und der Schutz der Schweißstelle vor einer Sauerstoffzufuhr am größten ist. Bei dieser Schweißmethode werden Schweißbrenner und Schweißstab gleichmäßig von rechts nach links geführt. Das Werkstück muss an der Schweißstelle in Raupenbreite geschmolzen werden, bevor der Schweißstab an das Schweißbad herangeführt wird. Der Schweißstab wird beim Tupfen auf die Werkstoffoberfläche mit der Schweißfläche abgeschmolzen. Der Schweißbrenner führt eine seitliche Pendelbewegung aus, wobei der Schweißstab tupfend und geradlinig vor der Flamme geführt wird. Die Schweißdüse ist um etwa 45 und der Schweißstab um etwa 30 zur Werkstückoberfläche geneigt GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 20 / ISBN Moonen René Travail de candidature 42 / 118

43 Zusätzliche Sicherheitsvorschriften Zum Schweißen wird das obere Ende des Schweißstabs umgebogen, um Augen- und Gesichtsverletzungen zu vermeiden. Beurteilung der Schweißraupen Eine gut geschweißte Schweißnaht ist gleichmäßig in Höhe und Breite und hat ein feinschuppiges Aussehen. Fehler entstehen durch ungenügende Erwärmung und zu große Schweißgeschwindigkeit, wobei der Zusatzstoff sich kaum mit dem Werkstück verbindet. Bei zu kleiner Schweißgeschwindigkeit erwärmt sich das Werkstück örtlich zu sehr und es entstehen Löcher. Moonen René Travail de candidature 43 / 118

44 Übung G 3: Zeichnungsinterpretation und I-Naht Im Vorfeld zur praktischen Anwendung werden die anzuwendenden Stoßarten und die ergänzenden Angaben zu den Schweißzeichen erläutert. Originalzeichnung 2/30 im Anhang Beim Stumpfstoß liegen die zu verbindenden Teile in einer Ebene. Ergänzende Angaben zum Schweißzeichen müssen nicht immer in der Gabel stehen. Hinter der Gabel umrahmt ein Rechteck den Bezugsbuchstaben, z.b. A, B, C und schließt die Gabel. Die Erläuterung für die Bezugsangabe ist dann in der Nähe des Schriftfeldes angegeben. A= 311 / ISO 5817 C / ISO 6947 PA / EN O I Moonen René Travail de candidature 44 / 118

45 Die Angaben werden nach einer bestimmten Reihenfolge aufgeführt: 1 Verfahren/Prozess 311 Gasschmelzschweißen mit Sauerstoff-Acetylen-Flamme 2 Bewertungsgruppe C für mittlere Beanspruchung und Anforderung 3 Schweißposition PA für Wannenposition 4 Schweißzusatz OI für dünnfließende Gasschweißstäbe Bei der I-Naht werden 2 Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch das Schmelzen der parallel gegenüberstehenden Stirnflächen und der Zugabe von geschmolzenem Schweißdraht entsteht die Schweißnaht. Da die Werkstücke dieser Materialstärke mit einer Blechschere zugeschnitten werden, ist eine zusätzliche Stirnflächenbearbeitung außer dem obligatorischen Entgraten nicht notwendig. Die Stirnflächen befinden sich in einem metallisch sauberen Zustand, so dass die Nahtqualität nicht beeinträchtigt wird. Aufgabenstellung Stumpfstöße mit I-Nähten in Wannenposition schweißen Werkstoff Schweißplatten 100 x 30 x 2 Schweißeinsatz Schweißstab Schweißmethode Gr mm O I Ø 2 mm Nachlinks-Schweißen Je nach Werkstückdicke ist der Stirnflächenabstand zwischen den Blechen unterschiedlich. Die Bleche werden in einem Abstand von 2 mm am Anfang sowie am Ende geheftet und anschließend ausgerichtet. Das Werkstück ist auf einen U-Stahlprofil zu legen, damit die Stoßstelle hohl liegt, wodurch eine durchgeschweißte Wurzel entstehen kann. Schweißbrenner und Zusatzwerkstoff werden im Sinne des Nachlinks-Schweißens über die Schweißstelle geführt, wobei die Schweißdüse um etwa 45 und der Schweißstab um etwa 30 zur Werkstückoberfläche geneigt sind. Moonen René Travail de candidature 45 / 118

46 Beurteilung der Schweißnaht Eine gut geschweißte I-Naht ist gleichmäßig und nicht zu stark gewölbt. Sie hat ein feinschuppiges Gefüge und auf der Rückseite erkennt man eine gleichmäßige durchgeschweißte Wurzel. Fehlerhafte I-Nähte Ungenügende Wurzeldurchschweißung Flamme zu schwach eingestellt 32 Einbrandkerben Flamme zu stark eingestellt 33 Kaltstellen Geschwindigkeit zu hoch BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 46 / 118

47 Schweißpositionen Nach diesen drei Übungen, bei denen die Auszubildenden erste Erfahrungen sammeln konnten, werden die einzelnen Schweißpositionen erläutert. Da nicht alle Schweißarbeiten in der Wannenlage durchgeführt werden können, sondern häufig durch konstruktive Gesichtspunkte andere Schweißpositionen, sogenannte Zwangslagen, erforderlich sind, wird zu diesem Zeitpunkt eine Unterrichtseinheit zu den Schweißpositionen eingefügt. Die Arbeitsposition wird durch die Lage der Schweißnaht im Raum und durch die Schweißrichtung bestimmt. Das Schweißen in Zwangslage stellt erhöhte Anforderungen an den Schweißer. Die neuen Positionsbezeichnungen möchte ich den Schülern anhand von mir entwickelter Modelle besser visualisieren. Inspiriert wurde ich zu dieser Arbeit durch ein Poster, welches der Fachzeitschrift Schweißen & Schneiden des DVS Verlags beigefügt war. Moonen René Travail de candidature 47 / 118

48 Schweißpositionen nach DIN EN ISO 6947: PA Wannenposition Blech Rohr rotierend / Achse waagerecht Blech Rohr rotierend / Achse geneigt PB Horizontalposition Blech Rohr fest / Achse senkrecht Rohr rotierend / Achse waagerecht Moonen René Travail de candidature 48 / 118

49 PC Querposition Blech Rohr fest / Achse senkrecht Blech PD Horizontal-Überkopfposition Blech Rohr fest / Achse senkrecht PE Überkopfposition Blech Blech Moonen René Travail de candidature 49 / 118

50 PF Steigposition Blech Blech PG Fallposition Blech Blech H-L045 geneigte Position, steigendes Schweißen Rohr fest / Achse geneigt / Steigposition J-L045 geneigte Position, fallendes Schweißen Rohr fest / Achse geneigt / Fallposition Moonen René Travail de candidature 50 / 118

51 PH Rohrposition für Steigendschweißen Rohr fest / Achse waagerecht Rohr fest / Achse waagerecht PJ Rohrposition für Fallendschweißen Rohr fest / Achse waagerecht Rohr fest / Achse waagerecht 35 Das Gasschmelzschweißen kann jedoch nicht in den Fallpositionen PG / J-L045 / PJ durchgeführt werden. 35 DIN EN ISO 6947: Moonen René Travail de candidature 51 / 118

52 Übung G 4: I-Naht in Querposition PC und Bruchprobe Bei dieser Übung wird eine I-Naht in Querposition PC hergestellt, wobei der Schweißvorgang an einer senkrechten Fläche durchgeführt wird. Hierzu wird ein Hilfsblech zur bessren Fixierung an die höhenverstellbare Werksstückhalterung angeheftet. Somit erfolgt der Schweißvorgang in Augenhöhe. Originalzeichnung 3/30 im Anhang Aufgabenstellung Stumpfstöße mit I-Nähten in Querposition PC schweißen Werkstoff Schweißplatten 100 x 30 x 2 Schweißeinsatz Gr mm Schweißstab O I Ø 2 mm Schweißmethode Nachlinks-Schweißen Die Bleche werden in einem Abstand von 2 mm am Anfang sowie am Ende geheftet und anschließend ausgerichtet. Schweißbrenner und Zusatzwerkstoff werden im Sinne des Nachlinks-Schweißens quer über die senkrecht eingespannte Schweißstelle geführt, wobei die Schweißdüse um etwa 45 und der Schweißstab um etwa 30 zur Werkstückoberfläche geneigt sind. Moonen René Travail de candidature 52 / 118

53 36 Während des Schweißvorgangs muss das untere Blech mehr erhitzt werden, da das obere Blech durch die aufsteigende Wärme mehr erwärmt wird. Durch entsprechende Führung des Schweißbrenners wird durch den Flammendruck ein Überlaufen des Schweißgutes nach unten verhindert. Der Zusatzwerkstoff wird tupfend hinzugefügt. In Augenhöhe ist die Möglichkeit gegeben die Naht bis in die Schweißnahtwurzel zu beobachten. Wird die Wurzel nicht durchgeschweißt können sich Kerben bilden. Beurteilung der Schweißnaht Neben der Sichtprüfung einer Schweißnaht sollen die Auszubildenden bei dieser Übung eine Schweißprobe im Schraubstock brechen. Eine gute Schweißnaht zeigt im Bruchbild eine gleichmäßige und feine Körnung, wohingegen eine schlechte Verbindung durch Bindefehler und Gaseinschlüsse erkennbar ist GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 71 / ISBN GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 71 / ISBN Moonen René Travail de candidature 53 / 118

54 Übung G 5: I-Naht in Steigposition PF In dieser Übung wird eine I-Naht von unten nach oben in Steigposition geschweißt, wobei der Schweißvorgang an einer senkrechten Fläche durchgeführt wird. Hierzu wird ein Hilfsblech zur besseren Fixierung an die höhenverstellbare Werksstückhalterung angeheftet. Somit erfolgt der Schweißvorgang in Augenhöhe. Originalzeichnung 4/30 im Anhang Aufgabenstellung Stumpfstöße mit I-Nähten in Steigposition PF schweißen Werkstoff Schweißplatten 100 x 30 x 2 Schweißeinsatz Gr mm Schweißstab O I Ø 2 mm Schweißmethode Nachlinks-Schweißen Die Bleche werden in einem Abstand von 2 mm am Anfang sowie am Ende geheftet und anschließend ausgerichtet. Während des Schweißens wird die Flamme unter einem Winkel von etwa 60 schräg nach oben gehalten. Moonen René Travail de candidature 54 / 118

55 Damit soll erreicht werden, dass das Schweißgut nicht absackt und eine zu dicke Schweißnaht mit ungenügender Wurzel entsteht. Der Schweißstab wird im Sinne des Nachlinks- Schweißens vor dem Brenner her bewegt und in Nahtrichtung von oben zugeführt. Da die Schweißdüse bei dieser Übung die Sicht auf die fertige Naht versperrt, muss die Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten werden um eine gleichmäßige Nahtbreite zu erreichen. Beurteilung der Schweißnaht Da bei der Steignaht die Schweißgeschwindigkeit geringer ist, muss durch eine verringerte Zugabe des Schweißdrahtes vermieden werden, dass sich ein zu großer Wurzeldurchhang bildet. Eine überhöhte Schweißnaht muss durch eine geeignete Brennerführung vermieden werden GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 67 / ISBN GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 67 / ISBN Moonen René Travail de candidature 55 / 118

56 Übung G 6: Zeichnungsinterpretation und I-Naht beim Rohr in Wannenlage PA Originalzeichnung 7/30 im Anhang Beim Verbinden von zwei Rohren ist die zu schweißende Naht ringsum auszuführen. Das Ergänzungssymbol für eine ringsum zu schweißende Naht ist ein Vollkreis, der auf die Verbindung von Pfeil und Bezugslinie gezeichnet ist. Bei dieser Übung wird eine I-Naht in Wannenlage PA an zwei Rohren hergestellt, wobei die Rohre rotierend sind und die Achse waagerecht ist. Das heißt, dass das Rohr nach jedem Schweißabschnitt von 30 bis 40 wieder in die waagerechte Position gedreht werden darf GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 47 / ISBN Moonen René Travail de candidature 56 / 118

57 Aufgabenstellung Stumpfstoß am Rohr mit I-Naht in Wannenposition PA schweißen Werkstoff Rohre 1 ¼ x 50 Schweißeinsatz Schweißstab Schweißmethode Gr mm O I Ø 2 mm Nachlinks-Schweißen Beim Heften und Schweißen verwendet man eine Vorrichtung aus Winkelstahl, damit die Rohre ohne Winkelversatz miteinander verbunden werden können. Die Rohre werden versetzt an drei Stellen geheftet, wobei ein Stirnflächenabstand von 3 mm eigehalten werden soll. Die Schweißnaht wird in der Wannenposition in Abschnitten von 30 bis 40 mittels der Nachlinks-Schweißmethode hergestellt. Nach dem Drehen des Rohres ist darauf zu achten, dass der Schweißansatz immer wieder gut aufgeschmolzen wird. Moonen René Travail de candidature 57 / 118

58 Übung G 7: I-Naht in Rohrposition für Steigendschweißen PH und Beurteilung eines Probestreifens Bei dieser Übung wird eine I-Naht in Steigposition PH an zwei Rohren hergestellt, wobei die Rohre fest sind und die Achse waagerecht ist. Originalzeichnung 22/30 im Anhang Aufgabenstellung Stumpfstoß am Rohr mit I-Naht in Rohrposition PH schweißen Werkstoff Rohre 1 ¼ x 50 Schweißeinsatz Gr mm Schweißstab O I Ø 2 mm Schweißmethode Nachlinks-Schweißen Moonen René Travail de candidature 58 / 118

59 41 Die Rohre werden versetzt an drei Stellen geheftet, wobei ein Stirnflächenabstand von 3 mm eingehalten werden soll. Das geheftete Werkstück wird horizontal in eine Klemmvorrichtung gespannt, wonach in Zwangslage Mittels der Nachlinks-Schweißmethode geschweißt wird. Die Rohrposition PH setzt sich aus drei Schweißpositionen zusammen Überkopfposition PE Steigposition PF Wannenlage PA Der Schweißvorgang erfolgt in zwei Stufen. 1. Stufe: beginnend in Überkopfposition, anschließend Steigposition, dann Wannenposition. 2. Stufe: beginnend in Überkopfposition, anschließend Steigposition, dann Wannenposition. 41 GLASMANN, Denny / Gasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz/ 3.Auflage 2006 / Seite 97 / ISBN Moonen René Travail de candidature 59 / 118

60 Um Bindefehler an den Ansatzstellen und am Endkrater zu vermeiden, ist am Zusammenschluss der Positionen die vorhandene Naht etwa 5 mm aufzuschmelzen. Beurteilung der Schweißnaht Dieser Rohrstumpfstoß wird einer Biegeprobe unterzogen. Als Probe wird ein Streifen aus der Verbindung herausgeschnitten und gebogen. Gute Biegeprobe Bei gleichem Biegewinkel brach dieser Probestreifen, wobei Bindefehler erkennbar sind. Moonen René Travail de candidature 60 / 118

61 Im zweiten Kapitel dieses Kompendiums möchte ich mich dem Hartlöten widmen, weil hartgelötete Verbindungen wegen ihrer guten Festigkeitseigenschaften in steigendem Umfang eingesetzt werden. Das Hartlöten hat bereits seit Jahren seinen festen Platz neben den zahlreichen Schweißverfahren auf allen Gebieten der metallverarbeitenden Industrie und des Installationshandwerks. 8. Das Hartlöten Das Hartlöten ist eine Untergruppierung des Lötens und wird nach der Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoffes unterschieden. Das Hartlöten ist ein mit der Schweißtechnik verwandtes Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mit nicht artgleichem Zusatzwerkstoff, dem Lot, gearbeitet wird. Dabei werden artgleiche oder unähnliche Metalle durch ein Lot verbunden, wobei es im Grenzbereich zwischen Lot und Grundwerkstoff zu Platzwechselvorgängen kommt und atomare Bindungskräfte wirksam werden. Beim Flammlöten von Stahl Lotkombinationen muss mit Flussmitteln gearbeitet werden. Beim Hartlöten liegt die Arbeitstemperatur über 450 C, wobei der Wirktemperaturbereich vom Lot und dem Flussmittel festgelegt wird. Beim Hartlöten treten im Gegensatz zum Schweißen geringere Gefügeänderungen und Wärmespannungen auf. Durch Löten können im Rohrleitungsbau auf einfache Weise wasserdichte Verbindungen hergestellt werden Wärmequelle In diesem Leitfaden werden die Auszubildenden vorab mit dem Hartlöten von Stahl betraut, wobei als Wärmequelle eine Acetylen-Sauerstoffflamme dient. Beim Hartlöten gelten die gleichen Sicherheitsvorschriften im Umgang mit der Acetylen-Sauerstoffanlage wie beim Gasschmelzschweißen. Somit wird zu diesem Zeitpunkt eine Festigung zu den sicherheitstechnischen Verhaltensregeln eingegliedert. Moonen René Travail de candidature 61 / 118

62 8.2. Benetzungsvorgang und Diffusion Die Benetzung ist eine Voraussetzung für das Löten und kann nur erfolgen, wenn das flüssige Lot in unmittelbaren Kontakt mit dem Grundwerkstoff kommt, wobei es zu einer raschen Ausbreitung des flüssigen Lotes auf der Werkstückoberfläche kommt. Verunreinigungen und Oxidschichten können den Benetzungsvorgang verhindern. 42 An das Benetzen schließt sich eine wechselseitige Diffusion an, wobei das Lot in das Gefüge des Grundwerkstoffs eindringt, einen Teil von diesem löst und eine Legierung bildet Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 211./.ISBN Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 211./.ISBN Moonen René Travail de candidature 62 / 118

63 8.3. Art und Zustand der Lötflächen Lötnähte erreichen ihre erforderte Festigkeit nur dann, wenn das Lot mit dem Grundwerkstoff eine Legierung bildet. Die Legierungsbildung ist nur möglich, wenn die zu verbindenden Oberflächen metallisch rein sind. Deshalb sind die Fügeflächen vor dem Löten mechanisch durch Schleifen zu reinigen Flussmittel Neben einer entsprechenden mechanischen Bearbeitung müssen die Lötflächen unmittelbar vor dem Lötvorgang und währenddessen auf chemischem Wege durch Zugabe von Flussmittel gereinigt und geschützt werden. Das Flussmittel verhindert die Neubildung von Oxidschichten während dem Lötvorgangs. Die Auswahl des Flussmittels richtet sich nach den Grundwerkstoffen der Verbindung, dem Lötverfahren und der Arbeitstemperatur des verwendeten Lotes. Jedes Flussmittel hat einen bestimmten Wirktemperaturbereich, der unterhalb der Arbeitstemperatur einsetzen und über die maximale Löttemperatur hinaus reichen muss. Um ein sicheres Löten der gesamten Lötfläche zu gewährleisten, werden die flüssigen oder pastenförmigen Flussmittel erst kurz vor dem Zusammensetzen der Teile auf den Lötbereich aufgetragen. Nach dem Löten sind die Flussmittelreste zu entfernen, da diese korrosiv sind Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 215./.ISBN Moonen René Travail de candidature 63 / 118

64 Die Kennzeichnung für Flussmittel zum Hartlöten enthält die Buchstaben F: für Flussmittel H: für Hartlöten Flussmittel zum Hartlöten (Beispiele) Typ Wirktemperatur Zusammensetzung, Hinweise FH C 800 C Fluor- und borhaltiges Flussmittel für Lote mit Arbeitstemperaturen von 600 C bis 750 C. Rückstände sind stark korrodierend FH C 1100 C Borhaltiges Flussmittel für Lote mit Arbeitstemperaturen über 800 C. Die glasartigen Rückstände wirken Wasseranziehend und korrodierend Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Flussmitteln Schutzbrille und Handschuhe tragen, da Flussmittel aggressive Stoffe sind, welche nicht mit den Augen und der Haut in Berührung kommen dürfen. Auf gute Belüftung achten, da beim Erwärmen von Flussmitteln giftige Dämpfe entstehen Hartlote Wenn zwei Werkstoffe ohne Anschmelzen stoffschlüssig miteinander verbunden werden sollen, verwendet man zum Auffüllen des Zwischenraums eine Metalllegierung, das Lot. Das Lot muss die Lötflächen benetzen und in die daran angrenzenden Werkstoffbereiche eindringen, d.h. diffundieren, können. Von der Zusammensetzung des Lotes wird die Arbeitstemperatur bestimmt. 45 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 216./.ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 64 / 118

65 Als Hartlote bezeichnet man Zusatzwerkstoffe, deren Liquidustemperatur über 450 C liegt. Sie werden nach Zusammensetzung, Verwendung und Arbeitstemperatur unterteilt. Gruppe Kupferlote Kurzzeichen EN 1044 Kurzzeichen DIN EN ISO 3677 Schmelztemperatur CU 104 B-Cu100(P) C CU 303 B-CU60Zn 870/ C..900 C Anwendungsgebiet Stähle, Hartmetall- Schneidplatten Stahl, Cu, Ni und deren Legierungen AG 207 B-Cu48ZnAg 800/ C..830 C Silberhaltige Hartlote AG203 B-Ag44CuZn 675/ C..735 C Stahl, Cu, Ni und deren Legierungen AG304 B-Ag40ZnCdCu 595/ C..630 C Phosphorhaltige Hartlote CP 105 B-Cu92PAg 650/ C..810 C Kupfer und nickelfreie Legierungen 46 Hartlote sind in der Regel Kupfer Zink-Legierungen, sogenannte Messinglote, oder Kupfer- Silber-Legierungen, sogenannte Silberlote, und werden beim Flammlöten in Stab- oder Drahtform verwendet. Hartlote werden bei Metallverbindungen verwendet, welche mechanisch und temperaturmäßig stärker beansprucht werden Der Lötspalt Der Abstand der beiden Fügeflächen übt einen beträchtlichen Einfluss auf den Lötvorgang aus. Dieser Abstand, der sogenannte Lötspalt, sollte zwischen 0,05 mm und 0,25 mm liegen. Durch die beiden dicht gegenüberliegenden Flächen des Lötspaltes wird die Adhäsion zwischen Werkstück und Lot größer als die Kohäsion im flüssigen Lot. Somit wird das Lot durch Kapillarwirkung in den Lötspalt hineingezogen. 46 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 215./.ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 65 / 118

66 Ist die Lötfuge breiter als 0,3 mm, so wird das Lot nicht genügend in die Lötfuge hineingezogen. Ein zu enger Lötspalt kann nicht genügend Flussmittel zum Entfernen der Oxidschicht aufnehmen. Des Weiteren sollen Lötspalttiefen über 15 mm vermieden werden, da diese meist nur ungenügend gefüllt werden Temperaturen beim Löten Beim Hartlöten kommt es auf eine gleichmäßige und flächige Erwärmung der gesamten Lötstelle an. Der Brenner muss deshalb bewegt werden, um örtliche Überhitzungen zu vermeiden. Zunächst müssen die Werkstücke auf die Durchwärmtemperatur gebracht werden und auf dieser gehalten werden. Diese Temperatur ist in der Nähe der Wirktemperatur des Flussmittels. Dadurch soll gewährleistet werden, dass auch verschieden große Werkstücke gleichmäßig erwärmt werden. Anschließend wird auf die Arbeitstemperatur des Lotes erwärmt, das heißt die niedrigste Oberflächentemperatur, bei der das Lot benetzt, fließt und legiert, um das Lot hinzuzufügen. Bei Temperaturen unterhalb der Arbeitstemperatur des Lotes erfolgt keine Verbindung und man spricht von einer kalten Lötstelle. Beim Überschreiten der maximalen Löttemperatur verzundert das Werkstück und das Lot versprödet. Nach dem Lötvorgang muss die Verbindung erschütterungsfrei und langsam abkühlen. 47 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 211./.ISBN Moonen René Travail de candidature 66 / 118

67 8.8. Persönliche Schutzausrüstung beim Hartlöten Beim Hartlöten ist Arbeitskleidung gemäß der Verordnung zum Gasschmelzschweißen anzuwenden. (siehe Kapitel 7, Thema 16) Die getönte Schutzbrille zum Hartlöten kann eine Schutzstufe niedriger als beim Gasschmelzschweißen gewählt werden. Beim Hartlöten werden Schutzbrillen mit den Filterschutzstufen 4 oder 5 verwendet. Nach der einleitenden Kenntnisvermittlung befasst sich der Lehrfaden mit den einzelnen Übungen, zum Hartlöten. Zu jeder Übung werden die allgemeinen Sicherheitsvorschriften gefestigt, wobei zusätzliche Sicherheitsvorschriften angegliedert werden können. Des Weiteren werden zu den einzelnen Arbeitsschritten praktische Hinweise notiert. Die Angaben zur Brennerhaltung werden durch Modelle und praktische Vorführungen visuell untermauert. Die vom Auszubildenden hergestellten Lötverbindungen werden individuell beurteilt und durch entsprechende Gegenmaßnahmen angepasst. Die Übungen sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad aufgebaut, daher sollte die vorgegebene Reihenfolge bei der Durchführung dieser Übungsreihe möglichst eingehalten werden. Moonen René Travail de candidature 67 / 118

68 Übung HL 1: Zeichnungsinterpretation und Kehlnaht in Horizontalposition hartlöten Im Vorfeld zur praktischen Anwendung werden die anzuwendende Stoßart und die ergänzenden Angaben zu den Lötzeichen erläutert. Originalzeichnung 27/30 im Anhang Beim T-Stoß werden die zu verbindenden Teile rechtwinklig zusammengefügt. Ergänzende Angaben zum Lötzeichen müssen nicht immer in der Gabel stehen. Hinter der Gabel umrahmt ein Rechteck den Bezugsbuchstaben, z.b. A, B, C, und schließt die Gabel. Die Erläuterung für die Bezugsangabe ist dann in der Nähe des Schriftfeldes anzugeben. A= 912 / ISO 5817 C / ISO 6947 PB / EN 1044 CU 303 Die Angaben werden nach einer bestimmten Reihenfolge aufgeführt: 1 Verfahren/Prozess 912 Flammhartlöten mit Sauerstoff-Acetylen-Flamme 2 Bewertungsgruppe C für mittlere Beanspruchung und Anforderung 3 Lötposition PB für Horizontalposition 4 Lötzusatz CU 303 für Kupferbasislote Moonen René Travail de candidature 68 / 118

69 Aufgabenstellung T-Stoß mit Kehlnaht in Horizontalposition PB hartlöten Werkstoff Basisblech 100 x 100 x 2 Lötblech 100 x 30 x 2 Schweißeinsatz Gr mm Lötwerkstoff DIN EN 1044 CU 303 Ø 2 mm Flussmittel DIN EN 1045 FH 21 Lötmethode Lot angesetzt Am Übungsstück stoßen zwei Bleche rechtwinklig aufeinander. Diese Verbindungsart nennt man T-Stoß, wobei die beiden Bleche anhand einer Kehlnaht hartgelötet werden. Die zu verbindenden Lötflächen sind durch Schleifen metallisch zu säubern, und anschließend mit Flussmittel zu behandeln. Beim Heften ist das senkrechte Blech mit einer Zange auf dem unteren Blech zu fixieren und an den Stirnseiten zu heften. Nach dem Einstellen der neutralen Flamme wird der Brenner an das Werkstück geführt und der Lötbereich wird gleichmäßig und beidseitig auf Arbeitstemperatur erwärmt. Man setzt das Hartlot erst an, wenn das Flussmittel schmilzt und mit der Werkstückoberfläche reagiert. Anschließend wird das Lot bei abgewendeter Flamme hinzugegeben. Zum Aufrechterhalten der Arbeitstemperatur kann die gegenüberliegende Seite der Naht nachgewärmt werden. Nach dem Lötvorgang muss die Verbindung erschütterungsfrei und langsam abkühlen. Anschließend wird die Lötnaht mit einer Drahtbürste von Flussmittelresten befreit. Moonen René Travail de candidature 69 / 118

70 Zusätzliche Sicherheitsvorschriften zum Hartlöten Beim Lötvorgang ist eine Absaugeinrichtung wegen der gesundheitsschädlichen Dämpfe einzusetzen Beim Entfernen der Flussmittelreste ist eine Schutzbrille zu tragen. Beurteilung der Lötverbindung Diese Verbindung wurde einer Biegeprobe im Schraubstock unterzogen. Durch die Dehnung der Lötnaht werden Bindefehler deutlich erkennbar. Gute Biegeprobe Bei gleichem Biegewinkel sind an dieser Probe Bindefehler erkennbar. Moonen René Travail de candidature 70 / 118

71 Übung HL 2: Zeichnungsinterpretation und Kehlnaht beim Rohr in Horizontalposition PB hartlöten Bei dieser Übung wird ein dünnwandiges Rohr durch Hartlöten rechtwinklig auf eine Grundplatte gefügt. Originalzeichnung 28/30 im Anhang Aufgabenstellung T-Stoß mit Kehlnaht in Horizontalposition PB hartlöten Werkstoff Basisblech 100 x 100 x 2 Rohr Ø 60.3 x 2 x 50 Schweißeinsatz Gr mm Lötwerkstoff DIN EN 1044 CU 303 Ø 2 mm Flussmittel DIN EN 1045 FH 21 Lötmethode Lot angesetzt Moonen René Travail de candidature 71 / 118

72 Die zu verbindenden Lötflächen sind durch Schleifen metallisch zu säubern und anschließend mit Flussmittel zu behandeln. Das Rohr ist mittig auf die Grundplatte zu stellen. Zum gleichmäßigen Anwärmen werden die Werkstücke in der Hilfsvorrichtung fixiert. Der Lötbereich wird beidseitig unter ständiger Bewegung der Brennerflamme auf Arbeitstemperatur erwärmt. Man setzt das Hartlot erst an, wenn das Flussmittel schmilzt und mit der Werkstückoberfläche reagiert. Anschließend wird das Lot bei abgewandter Flamme hinzugegeben. Zum Aufrechterhalten der Arbeitstemperatur kann die gegenüberliegende Seite der Naht nachgewärmt werden. Nach dem Lötvorgang muss die Verbindung erschütterungsfrei und langsam abkühlen. Anschließend wird die Lötnaht von Flussmittelresten mit einer Drahtbürste befreit. Moonen René Travail de candidature 72 / 118

73 Im dritten Kapitel dieses Kompendiums möchte ich mich dem Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) widmen. Mit dem WIG-Prozess werden saubere, hochwertige, spritzerfreie und gleichmäßige Schweißverbindungen hergestellt. Durch die ständig steigenden Qualitätsanforderungen wird dieses Verfahren verstärkt im Installationshandwerk eingesetzt. Das WIG-Schweißen ist bei allen schmelzschweißbaren Metallen und in fast allen Positionen anwendbar. 9. Das Wolfram-Inertgasschweißen 48 Das WIG-Verfahren stammt aus den USA und wurde 1936 eingeführt und begann sich Anfang der 1950er Jahre in Europa durchzusetzen. Im englischsprechenden Ausland wird das Verfahren TIG-Schweißen (tungsten inert gas) genannt, nach Tungsten (engl. Wolfram). Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch eine Reihe von interessanten Vorteilen aus. Wenn ein metallischer Werkstoff überhaupt schmelzschweißgeeignet ist, lässt er sich mit diesem Verfahren fügen. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird das WIG-Verfahren vor allem im Blechdickenbereich unter 4 mm eingesetzt. Das WIG-Schweißen kann jedoch nicht in den Fallpositionen PG / J-L045 / PJ durchgeführt werden. Beim Schweißvorgang entstehen qualitativ hochwertige Verbindungen, wobei kaum Spritzer erzeugt werden. Beim WIG-Schweißen ist die Zugabe von Schweißzusatz und Stromstärke entkoppelt. Der Schweißer kann deshalb die Stromstärke optimal auf die Schweißaufgabe abstimmen und nur so viel Schweißzusatz zugeben, wie gerade erforderlich ist. Von der Art der Elektrode (Wolfram) und dem verwendeten Schutzgas (inert) hat das Verfahren seinen Namen (S114 nachgeschlagen am 07/03/12) Moonen René Travail de candidature 73 / 118

74 Das WIG-Schweißen gehört zu den gasgeschützten Schweißverfahren mit nicht verbrauchender Elektrode mit der Ordnungsnummer für Schweißverfahren 141 nach DIN EN ISO Beim Wolfram-Inertgasschweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück, wobei das Werkstück aufgeschmolzen wird. Ein inertes Gas umgibt als Schutzgas die Elektrode und das Schmelzbad des Werkstücks. 49 WIG-Schweißbrenner 50 Ein Pol der Stromquelle liegt an der Wolframelektrode, der andere am Werkstück. Die Elektrode ist nur Lichtbogenträger und schmilzt wegen des hohen Schmelzpunktes von Wolfram nicht ab. Das Schutzgas umströmt konzentrisch die Elektrode und schützt diese sowie das darunterliegende Schweißgut vor der Atmosphäre. Der Zusatzwerkstoff wird in Stabform von Hand hinzugegeben. 49 GLASMANN, Denny / Schutzgasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz / 3.Auflage 2006 / Seite 11 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) 50 Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 223./.ISBN Moonen René Travail de candidature 74 / 118

75 Das WIG Verfahren wird immer dann eingesetzt, wenn die Qualität der Schweißverbindung, die Anwendung eines anderen Prozesses nicht mehr zulässt. Dabei sind folgende Vorteile zurückzubehalten: Geringe Wärmeeinbringung Ruhiger Schweißprozess durch eine stabile Lichtbogenentladung Getrennte Regelung von Wärmeeinbringung und Abschmelzleistung Schweißen ohne Zusatzwerkstoff möglich Gute Nahtoberfläche, keine Spritzer Gute Spaltüberbrückbarkeit 9.1. Schweißstromquellen zum WIG-Schweißen Die zum Schweißen notwendige Schmelzwärme wird dem Werkstück von einer Schweißstromquelle mittels eines Lichtbogens zugefügt Der elektrische Schweißstromkreis Elektrischer Strom fließt nur im geschlossenen Stromkreis. Dieser besteht aus einer Spannungsquelle, einem Verbraucher sowie einer Hin-und Rückleitung. Der elektrische Strom besteht aus im Stromleiter bewegten Ladungsträgern (Elektronen) BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 75 / 118

76 Die Antriebskraft des elektrischen Stroms ist die von der Stromquelle erzeugte elektrische Spannung U in Volt (V). Die Stromstärke I in Ampere (A) entspricht einer bestimmten Anzahl Elektronen pro Sekunde. Die Stromstärke erhöht sich mit steigender Spannung der Stromquelle. Elektrische Widerstände R in Ohm (Ω) sind beispielsweise Leitungsstücke, Berührungskontakte oder Lichtbögen. Alle elektrischen Widerstände im Stromkreis vermindern die Stromstärke. Im Schweißstromkreis ist der Lichtbogen der Hauptwiderstand Allgemeine Anforderung an die WIG-Schweißstromquelle Lichtbogenspannung niedrig Schweißstrom hoch Schweißstrom einstellbar Schweißstromkreis kurzschließbar Schweißstromschwankungen während des Schweißens gering 52 Die Schweißstromquelle hat die Aufgabe, den vom Netz kommenden Wechselstrom mit hoher Spannung und niedriger Stromstärke in Schweißstrom mit hoher Stromstärke und niedriger Spannung umzuwandeln und, wenn erforderlich, diesen auch gleichzurichten (nachgeschlagen am 26/02/12) Moonen René Travail de candidature 76 / 118

77 Da wegen der geringeren Anzahl von Unterbrechungen die Einschaltdauer beim WIG- Schweißen höher als beim Elektroden-Schweißen ist, müssen entsprechend stärkere Stromquellen ausgewählt werden. Zum WIG-Schweißen findet sowohl Gleich- als auch Wechselstrom Anwendung, weswegen sowohl Schweißtransformatoren als auch Schweißgleichrichter zum Einsatz kommen. Sogenannte Kombi-Geräte sind von Gleich-auf Wechselstrom umschaltbar. Da beim WIG-Schweißen häufig mit sehr geringen Strömen gearbeitet wird, muss die Stromquelle vor allem im unteren Bereich sehr fein einstellbar sein Elektrische Bauteile und ihre Funktion bei einer WIG-Schweißstromquelle Vereinfachtes Sinnbild einer WIG-Schweißstromquelle: 53 Transformator Umwandeln des Netzstroms in Schweißstrom Absenken der Netzspannung auf Leerlauf-Schweißspannung Erhöhen der Netzstromstärke auf Schweißstromstärke Gleichrichter Umwandeln von Wechselspannung in Gleichspannung 53 BAUM-FISCHER / Der Schutzgasschweißer / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage 1987 / Seite 19 / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 77 / 118

78 Umschalter Schalten der Schweißstromart Hochspannungsimpulsgenerator Erzeugen hochfrequente Hochspannungsimpulse zum berührungslosen Zünden des Lichtbogens HF Schutzdrossel Schützen den Transformator vor Hochspannungsimpulsen Die einzelnen elektrischen Bauteile der WIG-Schweißstromquelle werden von einer übergeordneten Steuerung betätigt (siehe Kapitel 9.15.) Stromquellenkennlinie und Arbeitspunkt Zum WIG- Schweißen werden Stromquellen mit fallender Kennlinie verwendet, das heißt mit zunehmender Stromstärke sinkt die Spannung, welche die Schweißstromquelle abgibt. Werden in einem gemeinsamen Diagramm die Stromquellenkennlinie und die Lichtbogenkennlinie vereint, so ergibt sich aus deren Schnittpunkt der Arbeitspunkt A. Er kennzeichnet den im Lichtbogen wirksamen Schweißstrom und die Schweißspannung. Stromquellenkennlinien BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN (in teilweise veränderter Form verwendet) Moonen René Travail de candidature 78 / 118

79 Inverterstromquellen, welche mit einer höheren Frequenz arbeiten, besitzen eine Konstantstromcharakteristik, d.h. im Arbeitsbereich fällt die Kennlinie senkrecht ab. Das bedeutet, dass sich bei Längenänderungen des Lichtbogens nur die Spannung ändert, nicht aber die Stromstärke. Dadurch sind immer ein ausreichender Einbrand und eine konstante Abschmelzleistung gewährleistet Stromart In der Regel wird Gleichstrom zum WIG-Schweißen von Stählen und deren Legierungen verwendet. Beim Schweißen von Stahl und vielen anderen Metallen und Legierungen liegt der kältere Minuspol an der Elektrode und der heißere Pluspol am Werkstück. Die Strombelastbarkeit und die Standzeit der Elektrode sind bei der Negativpolung wesentlich größer als bei der Pluspolschweißung. Demgegenüber wird das Wechselstromschweißen zum Schweißen der Leichtmetalle Aluminium und Magnesium eingesetzt. In der positiven Halbwelle des Wechselstromes fließen die Elektronen vom Werkstück zur Wolframelektrode und reißen dabei die hochschmelzende Oxidschicht des Leichtmetalls auf. In der negativen Halbwelle fließen die Elektronen zum Werkstück und erzeugen die Wärme zum Schmelzen des Metalls Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Schweißstromquellen Nur ordnungsgemäße, unbeschädigte Schweißleitungen (Kabel) verwenden. Die Isolation des WIG-Schweißbrenners muss unbeschädigt sein. Die höchste elektrische Gefährdung geht von der Leerlaufspannung aus. Dies ist die Spannung, welche bei eingeschalteter Stromquelle anliegt, wenn der Lichtbogen nicht brennt. Gegen elektrische Schläge muss der Schweißer sich durch nicht beschädigte Schweißerhandschuhe und gut isolierende Arbeitskleidung einschließlich Schuhwerk schützen. Moonen René Travail de candidature 79 / 118

80 Alle Schweißstromquellen, die für Lichtbogenarbeiten unter erhöhter elektrischer Gefährdung geeignet sind, müssen deutlich erkennbar und dauerhaft das Symbol tragen, oder durch die bisherigen Symbole bei Wechselstromquellen und bei Gleichstromquellen gekennzeichnet sein. Erhöhte elektrische Gefährdung besteht: 55 wenn der Schweißer zwangsweise (z. B. kniend, sitzend, liegend oder angelehnt) mit seinem Körper elektrisch leitfähige Teile berührt; an Arbeitsplätzen, an denen bereits eine Abmessung des freien Bewegungsraumes zwischen gegenüberliegenden, elektrisch leitfähigen Teilen weniger als 2 m beträgt, so dass der Schweißer diese Teile zufällig berühren kann; an nassen, feuchten oder heißen Arbeitsplätzen, an denen der elektrische Widerstand der menschlichen Haut oder der Arbeitskleidung und der Schutzausrüstung durch Nässe, Feuchtigkeit oder Schweiß erheblich herabgesetzt werden kann. WIG-Schweißbrenner stets mit Lederhandschuhen und isolierter Arbeitskleidung bedienen. Lichtbogenschweißen im Regen ist lebensgefährlich. Beim Schweißen darf man sich nie auf Metall oder feuchte Unterlagen setzen, ohne eine isolierende Zwischenlage aus Holz oder Gummi zu verwenden. Die zum Zünden des Lichtbogens erforderlichen hochfrequenten Spannungen können für Personen, welche einen Herzschrittmacher tragen, lebensbedrohlich werden Moonen René Travail de candidature 80 / 118

81 9.4. Die WIG-Schweißanlage 56 Über ein Schlauchpaket wird der WIG-Schweißbrenner mit Schweißstrom, Schutzgas und gegebenenfalls mit Kühlmittel versorgt. Die einzelnen Schaltvorgänge zur Steuerung der Versorgung werden direkt am Brenner betätigt. Die Schutzgaszufuhr erfolgt aus Druckflaschen, wobei der Flaschendruck über einen Druckminderer auf den Arbeitsdruck herabgesetzt wird Schutzgase In der Regel werden inerte, d.h. reaktionsträge Schutzgase zum WIG-Schweißen eingesetzt. Ein inertes Gas umgibt die Elektrode und schützt Elektrode sowie Werkstück vor der Umgebungsluft. Um einen stabilen Lichtbogen zu erhalten, muss die Lichtbogenstrecke elektrisch leitend (ionisiert) werden. Da Luft ein schlechter Leiter ist, wird diese Aufgabe durch das Schutzgas erheblich erleichtert. Als inertes Gas wird überwiegend das nicht brennbare Argon verwendet. Für besondere Schweißaufgaben kommen auch Helium oder Argon-Helium-Gemische zur Anwendung. Aufgrund ihrer Eigenschaften gehen sie keine chemischen Verbindungen ein. 56 GLASMANN, Denny / Schutzgasschweißen Übungen für den Auszubildenden / Christiani Verlag Konstanz / 3.Auflage 2006 / Seite 12 / ISBN Moonen René Travail de candidature 81 / 118

82 Die für das WIG-Schweißen verwendeten Schutzgase werden gasförmig unter Druck in Stahlflaschen gespeichert. Flaschenkennung von Argon nach DIN EN 1089 Flaschenschulter: Kennfarbe grün N für Europanorm Flaschenkörper: Kennfarbe grau Der Anschluss der Argonflasche besteht aus einem Gewinde W 21,80 x 1/14. Der Flascheninhalt errechnet sich aus dem Flaschenvolumen und dem Inhaltsdruck. Flascheninhalt (Liter) = Flaschenvolumen (Liter) x Inhaltsdruck (bar) Eine Argonflasche von 50 Litern enthält somit: 50 x 200 = Liter Argon Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit den Schutzgasen Auch wenn Argon zu den nicht brennbaren Edelgasen gehört, gelten folgende Vorschriften: Da Argon wesentlich schwerer als Luft ist (1,4 mal), kann es in Vertiefungen oder engen Räumen zur Verdrängung der Atemluft führen. Gasflaschen dürfen nicht geworfen oder liegend gerollt werden. Werden Gasflaschen befördert oder gelagert, müssen die Schutzkappen aufgeschraubt sein. Gasflaschen dürfen keinen Schlägen, Erschütterungen oder Hitze ausgesetzt werden. Gasflaschen sind gegen Umfallen zu sichern (nachgeschlagen am 13/03/12) Moonen René Travail de candidature 82 / 118

83 9.7. Gasmengenanzeige und Gasmengeneinstellung Die Schutzgasmenge wird am Druckminderer als Volumenstrom in l/min eingestellt. Dieser richtet sich nach: der Größe des Schmelzbades und dem eingesetzten Elektrodendurchmesser. dem Düsendurchmesser und dem Düsenabstand zum Werkstück. der umgebenden Luftströmung. der Art des Schutzgases. Das Messen der Durchflussmenge kann indirekt mit Manometern erfolgen, die den proportionalen Druck vor der Staudüse messen. 1 Flaschendruckmanometer 2 Gasmengenmanometer 3 Druckeinstellschraube 4 Absperrventil 5 Staudüse 6 Angabe der Gasart 58 Des Weiteren kann an Druckminderern anderer Bauart der Durchfluss an Messrohren mit Schwebekörpern abgelesen werden. 1 Flaschendruckmanometer 2 Messrohr mit Schwebekörper 3 Regulierventil 4 Angaben der Gasart BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN Moonen René Travail de candidature 83 / 118

84 Zum ausreichenden Schutz des Schmelzbades und der Elektrode vor der Atmosphäre sind gewisse Mindestmengen an Schutzgas notwendig. Eine Faustregel besagt, dass bei Verwendung von Argon bei den am meisten verwendeten Elektrodendurchmessern von 1 bis 4 mm je Minute 5 bis 10 l Schutzgas zugegeben werden sollten Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Druckminderern Flaschenventile langsam öffnen, um Beschädigungen am Druckminderer durch Druckspitzen zu vermeiden. Nach beendeter Arbeit müssen die Druckminderer entlastet werden. Die Einstellschraube so weit herausdrehen, bis kein Federdruck mehr vorhanden ist. Gasschläuche und Brenner dürfen nicht an den Druckminderern aufgehängt werden Der WIG-Schweißbrenner Der Brenner ist über das Schlauchpaket mit dem Schweißgerät verbunden. Durch das Schlauchpaket verlaufen die Schweißstromleitung und die Schutzgaszuführung sowie die Steuerleitung. Mit dem Schalter am Handgriff werden über die Steuerleitung der Schweißstrom und die Zufuhr des Schutzgases ein-bzw. ausgeschaltet. 59 BRENNER, Rolf; STRIPPELMANN, Wolf-Dieter / Fachkunde Schweißtechnik / DVS Verlag Düsseldorf / 3.Auflage / Folie / ISBN KILLING, Robert / Handbuch der Schweißverfahren / DVS Verlag Düsseldorf / 3. Auflage 1999 / Seite 126 / ISBN Moonen René Travail de candidature 84 / 118

85 Im Brennerkörper befindet sich eine Spannhülse, mit der die Wolframelektrode gespannt wird. Gleichzeitig erfolgt der Anschluss an die Schweißstromleitung. Bei Brennern, die nur für Stromstärken bis etwa 160 Ampere vorgesehen sind, genügt die Kühlung durch das durchfließende Schutzgas, wobei Brenner für höhere Stromstärken durch Wasser gekühlt werden. Am unteren Ende des Schweißbrenners befindet sich eine Gasdüse aus Keramik. Der Durchmesser der Gasdüse muss auf die Schweißaufgabe abgestimmt werden und steht im Verhältnis zur Stromstärke und zum Elektrodendurchmesser. Beim Einspannen der Wolframelektrode ist darauf zu achten, dass die Elektrodenspitze 2 bis 5 mm aus der Gasdüse herausragt Wolframelektroden Wolframelektroden können wegen des hohen Schmelzpunktes des Metalls nicht durch Gießen hergestellt werden. Ihre Herstellung erfolgt deshalb durch Sintern. Die genormten Durchmesser liegen zwischen 0,5 und 10 mm. Die Elektroden sind standartmäßig in den Längen 50,75,150 und 175 mm und mit den Durchmessern 1,0/1,6/2,0/2,4/3,0/3,2/4,0 mm erhältlich. Neben Elektroden aus Reinwolfram gibt es auch solche, denen Thoriumoxide zugemischt wurden. Da es sich bei Thorium um ein radioaktives Element handelt, werden im praktischen Werkstattunterricht nur Elektroden aus Reinwolfram verwendet. Wolframelektroden sind farblich gekennzeichnet. Moonen René Travail de candidature 85 / 118

86 Tabelle zur Farbkennzeichnung von Wolframelektroden 61 Anwendungshinweise zum Umgang mit Wolframelektroden Jeder Berührung der Elektrode mit dem Werkstück muss vermieden werden, da sich sonst die Zündeigenschaften verschlechtern. Deswegen schützt man die Elektrode und das Schweißgut auch noch nach dem Schweißen mit Schutzgas (Nachströmzeit). Zur Vermeidung von Oxidation darf es keine Zugluft geben. Die Elektrode sollte nicht mehr als 5 mm aus der Düse herausragen. Eine Verunreinigung der Spitze, z.b. durch Eintauchen in das Schmelzbad, ist zu vermeiden, da sich hierdurch die Schweißeigenschaften und die Materialeigenschaften der Elektrode stark verändern. Je nach Strombelastung und gewünschter Schweißnahtgeometrie empfiehlt es sich, den Spitzenwinkel anzupassen. Tabelle zum Verhältnis von Elektrodendurchmeser, Anschliffwinkel und Stromstärke Anschliffwinkel Durchmesser ,0 mm 5-20A 10-30A 20-80A - - 1,6 mm 10-50A 20-75A A A - 2,4 mm 10-50A 20-90A A A A 3,2 mm 30-80A A A A A 4,0 mm A A A A A (nachgeschlagen am 26/02/12) 62 (nachgeschlagen am 08/02/12) Moonen René Travail de candidature 86 / 118

87 Der Anschliff der Wolframelektrode sollte möglichst fein sein, da sich die Standzeit erhöht, je feiner der Schliff ist. 63 Die Elektrode soll beim Anschleifen nur in Längsrichtung geschliffen und sehr langsam gedreht werden! Bei einem Querschliff führen die Riefen zu einem instabilen Lichtbogen und zum Ausbrechen von Wolframteilchen, die dann in das Schmelzbad gelangen können. Die Spitze soll so zentrisch wie möglich in der Elektrodenlängsachse liegen. Bei einer Abweichung besteht die Gefahr, dass der Lichtbogen instabil wird. 64 Im Zusammenwirken mit dem Durchmesser der Wolframelektrode hat der Anschliffwinkel den entscheidenden Einfluss auf die Schweißnahtqualität. Der Lichtbogen stellt ein Spiegelbild des Anschliffwinkels dar Knowhow.pdf (nachgeschlagen am 26/02/12) 64 Knowhow.pdf (nachgeschlagen am 26/02/12) 65 Knowhow.pdf (nachgeschlagen am 26/02/12) Moonen René Travail de candidature 87 / 118

88 Bei einer spitzen Elektrode wird die Energie auf eine kleine Oberfläche gebracht, mit einem tiefen Einbrand. Bei stumpfen Elektroden wird die Energie bei gleichem Schweißstrom auf eine große Oberfläche gebracht, mit einem verhältnismäßig flachen Schmelzbad. Lässt die Zündfähigkeit oder die Lichtbogenqualität der Elektrode nach, ist die Spitze mittels Trennschleifverfahren abzutrennen und neu anzuschleifen. Ein Abschlagen der Spitze kann ein Aufspleißen zur Folge haben und damit die Elektrode unbrauchbar machen Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit Wolframelektroden Während des Schleifens von Wolframelektroden ist eine Absaugeinrichtung einzusetzen, da gesundheitsschädliche Dämpfe entstehen können. Beim Schleifen ist eine Schutzbrille zu verwenden Der Lichtbogen beim WIG-Gleichstromschweißen. Damit ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück entstehen kann, so muss die dazwischen liegende Strecke elektrisch leitend gemacht werden. Durch die hohe Temperatur beim Zünden des Lichtbogens wird das Schutzgas elektrisch leitfähig Europa Lehrmittel / Fachkunde Metall / Verlag Europa-Lehrmittel Haan-Gruiten/ 56.Auflage 2010 / Seite 223./.ISBN Moonen René Travail de candidature 88 / 118