Handbuch der Schweißverfahren

Transkript

1 Handbuch der Schweißverfahren Teil 11: Autogentechnik, Thermisches Schneiden, Elektronen-/Laserstrahlschweißen, Reib-, Ultraschall- und Diffusionsschweißen von O. Böhme und F.-O. Hermann unter Mitarbeit von H. Mair, H. Schultz, T. Wahl und M. Weinreich

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort , Autogentechnik 1 Grundsätzliches zur Autogentechnik 1 Zur Geschichte der Autogentechnik 1 Einteilung der Verfahren der Autogentechnik 2 Betriebsmittel für die Verfahr~n der Autogentechnik 2 Sauerstoff ; 2 Eigenschaften und Erzeugung des Sauerstoffs 2 Bereitstellung und Verteilung des Sauerstoffs 4 Brenngase Acetylen 7 Eigenschaften und Erzeugung des Acetylens 8 Bereitstellung und Verteilung des Acetylens 13 Flüssiggas 19 Eigenschaften und Erzeugung des Flüssiggases ' 19 Bereitstellung und Verteilung des Flüssiggases 19 Erdgas 20 Eigenschaften des Erdgases 20 Bereitstellung und Verteilung des Erdgases 21 Sicherheitshinweise und -vorschriften für den Umgang mit Sauerstoff und Brenngasen 21 Die Autogenflamme 22 Die Verbrennung 23 Die Flammeneinstellung 25 Die neutrale Flamme 25 Die Sauerstoff-Überschuß-Flamme 26 Die Acetylen-Überschuß-Flamme ' 26 Die "harte" und die "weiche" Flamme 26 Flammenstörungen 26 Autogenbrenner 27 Armaturen und Zubehör 30 Druckminderer 30 Gasschläuche 32 Sicherheitseinrichtungen 32 Die Verfahren der Autogentechnik 35 Das Gasschweißen 35 Methoden des Gasschweißens, 36 Nachlinksschweißen (NL) 36 Nachrechtsschweißen (NR) 36 Beidseitiges Schweißen 37 Schweißnahtvorbereitung und Fugenform 38 Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe zum Gasschweißen 39 Gasschweißen verschiedener metallischer Werkstoffe 39 Anwendungsbereiche des Gasschweißens 43 Das Gaspreßschweißen 45 Beschichten unter Anwendung der Gasflamme 47 Gas-Auftragschweißen 48

3 Panzern Flammlöten Flamrnrichten Prinzip des Flamrnrichtens Flammrichten verschiedener Werkstoffe Anwendungsbeispiele des Flammrichtens Flammwärmen Vorwärmen - Nachwärmen Warmformgebung Flammhärten Das Prinzip des Flammhärtens Das Flammentspannen Flammstrahlen Flammstrahlen von Stahl Flammstrahlen von Beton und Gestein Ausführung des Flammstrahlens 71 Schrifttum Thermisches Schneiden 73 Einteilung der Schneidverfahren 73 Autogenes Brennschneiden 75 Grundlagen des Brennschneidens 75 Brenngas und Sauerstoff 79 Schneidbrenner 79 Schneiddüsen 81 Inbetriebnahme eines Schneidbrenners 83 Brennschneiden 83 Güte und Maßtoieranzen der Schnittflächen 86 Brennschneidfehler 89 Brennschneidmaschinen 89 Brennschneidmaschinen-Steuerungen 95 Brennschneidmaschinen-Antriebe 96 Sonder- und Hilfseinrichtungen 97 Arbeitsschutz beim Brennschneiden 99 Körperschutzmaßnahmen 99 Brenngase und Sauerstoff 100 Geräte und Armaturen 101 Brandgefahr 101 Wirtschaftliches Brennschneiden 102 Sonderverfahren 103 Pulverbrennschneiden 103 Brennbohren 105 Brennhobeln 106 Brennfugen 107 Lichtbogen-Druckluftfugen 109 Lichtbogen-Sauerstoffschneiden 110 Plasmaschneiden 112 Grundlagen der Plasmatechnologie 112 Verfahrensprinzip des Plasmaschneidens 115 Plasmabildende Medien 119

4 Argon 119 Wasserstoff 120 Stickstoff 121 Luft 121 Wasser 122 Verfahrenstechniken 122 Argon-Wasser-Stickstoff-Plasmaschneiden 122 Druckluft-Plasmaschneiden, Sauerstoff-Plasmaschneiden 123 Wasser-Injektion, Unterwasserplasmaschneiden 124 Ausrüstung zum Plasmaschneiden 128 Stromquellen 128 Brenner 130 Düse 131 Elektrode 133 Steuerung 135 Führungsmaschinen und Hilfseinrichtungen zum vollmechanischen Schneiden 136 Schnitteigenschaften 139 Schnittgüte 140 Schneidfehler 142 Werkstoffe und zugeordnete Schneiddaten 143 Arbeitsschutz beim Plasmaschneiden 148 Leerlaufspannung 148 Lärm 149 Strahlung 150 Gase und Stäube 151 Schutz- und Abhilfemaßnahmen 155 Hinweise zu Wirtschaftlichkeitsüberlegungen 158 Laserstrahlschneiden 164 Einleitung 164 Laserstrahlschneidverfahren 165 Laserstrahl-Brennschneiden 165 Laserstrahl-Schmelzschneiden 165 Laserstrahl-Sublimierschneiden 166 Laserstrahl-Schneidanlage 167 Einflußfaktoren beim Laserstrahlschneiden 167 Strahlparameter 167 Strahlgeometrie 172 Schneidgase 175 Werkstoffe 176 Handhabungssysteme 179 SChnittqualität 180 Schnittflächengüte 180 Maßtoieranzen 181 Kennzeichnung der Schnittgüte und der Toleranzklasse 183 Anwendungsbereiche der verschiedenen thermischen Schneidverfahren Laserstrahl-Brennschneiden, Plasmaschneiden und autogenes Brennschneiden 183 Beispiele laserstrahlgeschnittener Werkstücke 184 Beispiele plasmageschnittener Werkstücke 186

5 Beispiele autogenbrenngeschnittener Werkstücke Wirtschaftliche Gesichtspunkte zu den thermischen Schneidverfahren Fertigungskostensatz Maschinenstundensatz Ermittlung des Maschinenstunden- und Fertigungskostensatzes Schnittmeter-Kostenanalyse 195 Schrifttum Elektronenstrahlschweißen Einführung Physikalische Grundlagen Erzeugung des Elektronenstrahles Fokussieren und Ablenken des Elektronenstrahles Strahldiagnostik " Vakuum Eindringen des Elektronenstrahles in Metalle Vorgänge an der Strahlauftreffstelle Tiefschweißeffekt Schweißeignung metallischer Werkstoffe Allgemeines Stähle Nichteisenmetalle Werkstoffkombinationen Vorbereitung der Werkstücke Allgemeines Oberflächenbearbeitung, Reinigen, Spaltbreite Nahtformen Rundnähte Entlüftungsöffnungen Schweißverzug Schweißvorrichtungen " Elektronenstrahl-Schweißmaschine Grundaufbau Elektronenstrahlkanone Arbeitskammer Bewegungseinrichtungen, Vorrichtungen Hochspannungsversorgung Steuer- und Regeleinrichtungen Vakuumeinrichtungen Geschweißte Bauteile Regelwerke DIN-Normen DVS-Merkblätter und -Richtlinien Sonstige Regelwerke 234 Schrifttum Laserstrahlschweißen Lasergrundlagen Grundlagen Allgemeines Laserprinzip 239

6 Lasertypen Festkörperlaser Der Gas-Laser CO2-Laserarten CO2-Hochfrequenzlaser Einbindung des Laserstrahlschweißens in die Fügeverfahren nach DIN 1910 und Merkblatt DVS 3203, Physikalisch-technologische Grundlagen des Laserstrahlschweißens, Der Laser Prozeßrelevante Laserparameter, Strahlführung Prozeßrelevante Parameter der Strahlführung Fokussierung und Schutz-/Arbeitsgasführung Bearbeitungsmaschine Prozeßrelevante Maschinenparameter, Besonderheiten des Laserstrahlschweißens Physik des Laserstrahlschweißens Laserstrahlschweißverfahren, Übersicht über die Schweißeignung von Werkstoffen und Nahtgeometrien Beispiele aus der industriellen Fertigung Einsatzgebiet Feinwerktechnik und Elektrotechnik Einsatzgebiet Dünnblechschweißen (Karosserie- und Behälterbau) Aggregatefertigung in der Automobil- und -zulieferindustrie Stahlhalbzeugefertigung und Schiffbau Maschinenbau Flugzeugbau Sonderverfahren Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff Mehrlagiges Schweißen Laserstrahlpreßschweißen Stand der Forschung, Zukunftsaussichten 267 Schrifttum Reibschweißen Verfahrensvarianten und Ausführungsarten Verfahrensprinzip Verfahrensablauf Bindungsmechanismus Maschinen und Einrichtungen für das Reibschweißen Konstruktive Ausführung von Reibschweißverbindungen Reibschweißgeeignete Werkstoffe und Werkstoffkombinationen Verbindungen von Stahl mit Stahl Verbindungen von Stahl mit Eisengußwerkstoffen Verbindungen von Stahl mit Aluminium Verbindungen von Aluminium mit Kupfer Einsatz des Reibschweißens in der industriellen Fertigung, Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 294 Weiterführendes Schrifttum 295

7 6 Ultraschallschweißen Verfahrensablauf und Bindungsmechanismus Maschinen und Einrichtungen für das Ultraschallschweißen Konstruktive Ausführung von Ultraschallschweißverbindungen Ultraschallschweißgeeignete Werkstoffe Einsatz des Ultraschallschweißens in der industriellen Fertigung " 303 Weiterführendes Schrifttum Diffusionsschweißen Verfahrensablauf und Bindungsmechanismus Maschinen und Einrichtungen für das Diffusionsschweißen Diffusionsschweißgeeignete Werkstoffe Einsatz des Diffusionsschweißens in der industriellen Fertigung 308 Weiterführendes Schrifttum 310