Schweißen von WerkstoHkombinationen

Transkript

1 Pohle Schweißen von WerkstoHkombinationen Metallkundliehe und fertigungstechnische Grundlagen sowie Ausführungsbeispiele

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung. 1 Schweißeignung der Metalle Einflußgrößen Abschätzen der Schweißeignung 3 2 Strukturen metallischer Festkörper - ein Überblick Periodensystem der Elemente Elementare Bindungsarten Begriffe aus der Metallkunde Begriffe zu Kristall und Gefiige Begriffe zur atomaren Struktur des Gefiiges Begriffe zu Legierungsphasen Lösungs- und Legierungsphasen Austauschmischkristalle Einlagerungs-Mischkristalle Raumgitter - Packungsdichte Elementarzelle Stapelfolge Beispiele von Elementarzellen Elementarzellen von Ordnungsphasen Elementarzellen von intermetallischen Phasen Prototypen von Kristallstrukturen Realkristall 23 3 Atomare Strukturen Bohrsches Atommodell " Atommodell der Quantenphysik Grundlagen Quantenzahlen.' Orbitale Elektronenstruktur Energieniveaus Diamantbindung Physikalische Eigenschaften der Stoffe 33 Grundlagen der elektrischen Leitfähigkeit 33 Leiter 35 Halbleiter 35 Nichtleiter 36 Elektrische Leitfähigkeit von Werkstoffen 36 Wärmeleitfähigkeit 37 Wärmeausdehnung 38 Raumgitter und Theorien zu den metallischen Bindungen 40 Vom Einzelatom zum Kristall 40

3 Klärung der metallurgischen Verträglichkeit 107 Phasengrenzen 107 Beispiel Mischkristallbildung und Ausdehnungskoeffizient 108 Beispiel intermetallische Phasen 111 Werkstoflkennwerte und Werkstoflbezeichnungen 114 Ausftihrungsarten von Mischverbindungen und Bezeichnungen 115 Ausftihrungsarten 115 Mismatch bei Mischverbindungen 116 Mechanisch-technologisches Verhalten von Mischverbindungen 116 Zugversuch 117 Technologischer Biegeversuch 118 Kerbsch1agbiegeversuch 120 Härteprüfung 120 Schwingfestigkeit 122 Scherfestigkeit von Plattierungen 125 Mechanische und thermische Beanspruchung 126 Herstellen von Schweißverbindungen 128 Planungsphase 129 Konstruktive Gestaltung 130 Mischverbindungen in Rohrleitungssystemen 134 Mischverbindung-Übergangsstück 134 Einflüsse von Schmelzschweißprozessen 135 Lichtbogenhandschweißen 136 WIG- und Plasmaschweißen 136 MAG-/MIG-Schweißen '" '" 137 Unterpulverschweißen 138 Elektronenstrahlschweißen 138 Laserstrahlschweißen 139 Einflüsse von Preßschweißprozessen 141 Diffusionsschweißen 141 Andere Preßschweißverfahren 142 Vermischungsgrad beim Schmelzschweißen 143 Rißbildung 147 Heißrissigkeit 148 Kaltrissigkeit 154 Wasserstoffinduzierte Risse 154 Schrumpfrisse 157 Versprödungsrisse 157 Sonstige Rißarten 157 Relaxationsrisse 157 Unterplattierungsriß 158 Disbonding - mechanisch bedingt 159 Lotriß 160 Werkstoffabhängige Rissigkeit 161 Baustähle 161 Chromstähle 162 Chrom-Nicke1-(Mo1ybdän-)Stäh1e 162 Nickel und Ni-Legierungen 166 Nickel 166 Nickellegierungen 167 Kupfer und Cu-Legierungen 168 Kupfer 168 Kupferlegierungen 169 Aluminium und Al-Legierungen '" '" 170 Aluminium 170

4 Aluminiumlegierungen. SondermetalIe. Bindefehler. Vorwärmen. Mischverbindungen mit Stählen. Unterschiedliche Werkstotlkombinationen. Wärmenachbehandlung. Überblick. Kohlenstoffstähle. Vergütungsstähle. Glühen plattierter Apparate. Schwarz-Weiß-Verbindungen (SIW-Verbindungen),. Sonstige Werkstotlkombinationen. Internationale Regelwerke zum Glühen. Qualitätssicherung an Mischverbindungen durch zerstörungsfreies Prüfen. Eindringprüfung. Durchstrahlungsprüfung. UltraschalIprüfung. Magnetische Rißprüfung. Wirbelstromprüfung. Schmelzlinienbereich von Schwarz-Weiß-Verbindungen. Schaeffier-Diagramm. Martensitstrukturen. Martensitbildungstemperatur. Mechanismus der Martensitbildung. Nickelmartensit. l::-martensit bei Eisen-Mangan-Legierungen. Martensitischer Übergangsbereich von SIW- Verbindungen. MetalIkundlicher Hintergrund. Bruchmechanische Analysen. Kerbschlagzähigkeit. Folgerungen zum Zähigkeitsnachweis. Kohlenstoffdiffusion. Entkohlte Zone. Karbidsaum Mischverbindungen unter betrieblicher Beanspruchung. Schäden durch mechanische und thermische Überbeanspruchung. Fehlerarten und Bauteilverhalten. Korrosionsbeständigkeit. Korrosion durch heiße Gase. Naßkorrosion. Kontaktkorrosion. Selektive Korrosion. Wasserstoffinduzierte Rißbildung an Schwarz- Weiß-Verbindungen. Wasserstoffinduziertes Disbonding an Schwarz-Weiß-Plattierungen. Plattierungen. 230 Stumpfnahtschweißverbindungen. 230 Kehlnahtanschlüsse. 232 Überlegiertes Schweißen. 233 SonderfälIe und deren Lösung. 234 Panzern von Oberflächen

5 Praxisorientierte Werkstoffkombinationen 238 Einleitende Hinweise 238 Werkstotlkombinationen von Stählen 239 Baustähle untereinander 239 Niedriglegierte Stähle untereinander 239 Hitzebeständige Stähle / Warmfeste Stähle 239 Kaltzähe Stähle / Baustähle 240 Sonstige Stähle untereinander 241 Gußeisen / Baustähle 241 Nichtmagnetisierbare Stähle 242 Werkstotlkombinationen mit korrosionsbeständigen Stählen 243 Korrosionsbeständige Stähle untereinander 243 Baustähle / CrNi(Mo )-Stäh1e 243 Baustähle / Chromstähle 243 Werkstotlkombinationen mit Aluminiumwerkstoffen 244 Aluminiumwerkstoffe 244 Zweistoffsysteme 249 Mischverbindungen 253 Aluminiumwerkstoffe untereinander 253 Baustähle / Aluminiumwerkstoffe 253 Austenitische Stähle / Aluminiumwerkstoffe 256 Plattierungen 258 Wärmenachbehandlungen 258 Werkstotlkombinationen mit Kupferwerkstoffen 258 Kupferwerkstoffe 258 Kupferlegierungen 260 Messing 260 Zinn-Bronze 261 Aluminium-Bronze 261 CuNiFe-Legierungen 262 Schweißtechnische Besonderheiten 263 Mischverbindungen 263 Messinge / Sonstige Werkstoffe 263 Bronzen untereinander 263 Stähle / Kupferwerkstoffe 264 Ausftihrungsbeispie1e 266 Werkstotlkombinationen mit Nickelwerkstoffen 268 Reinnickel 268 Nickellegierungen 268 Einfluß von Legierungselementen auf Nickel 269 Sigma-Phase in Nickellegierungen 270 Mischverbindungen mit Reinnickel 271 Mischverbindungen mit Nickellegierungen 271 Sondermetalle 272 Werkstoff-Überblick 272 Titan - Zirkonium - Hafnium 274 Vanadin - Niob - Tantal 277 Chrom - Molybdän - Wolfram 279 Beryllium 280 Mischverbindungen mit Sondermetallen 281 Allgemeiner Überblick 281 Ausftihrungsbeispie1e 283 Mischverbindungen in der Elektrotechnik Leichtbau-Konstruktionen in der Verkehrstechnik Allgemeine Merkmale 288

6 Schiffbau 289 Schienenfahrzeuge 290 Karosseriebau von Kraftfahrzeugen 293 Schweißen verzinkter Feinbleche 295 Punktschweißen Aluminium/Stahl 296 Laserstrahlfügen von Aluminium-/Stahl-Übergangsstücken 299 Diffusionsvorgänge inaluminium-/stahl-verbindungen 299 Luftfahrt 301 Raumfahrt 306 Neuere Titanlegierungen 306 Magnesiumwerkstoffe 308 Überblick 309 Magnesiumlegierungen 310 Physikalische Eigenschaften 311 Schweißeignung 311 Weitere Beispiele von Mischverbindungen 312 Gelenkwellen für Personenkraftwagen 312 Ventile für Verbrennungsmotoren 314 Brennkammer / Expansionsdüse eines Klein-Raketentriebwerkes Mischverbindungen an Werkstoffen aus intermetallischen Verbindungen bestehend (Intermetallic Compounds) Auswahl von Schweißzusätzen für Mischverbindungen 317 Empfehlungen von Schweißzusatzwerkstoffen 317 Artähnliche Baustähle untereinander 317 Warmfeste Stähle untereinander 319 Mischverbindungen im Dampfkesselbau 319 Warmfeste Stähle untereinander 319 Warmfeste Stähle / hitzebeständige Stähle., 319 Schwarz- Weiß-Verbindungen 320 Korrosionsbeständige Stähle untereinander 321 Nickellegierungen 321 Aluminiumwerkstoffe 323 Bronzen 323 Eignung von Schweißverfahren 325 Vorbemerkungen 325 Plattierungsverfahren 325 Walzplattieren 325 Explosionsplattieren 328 KaItplattierte Bänder 331 Laserunterstütztes Plattieren., 332 Auftragschweißen 332 Strahlschweißen 334 Überblick prozeßbedingter Besonderheiten 334 Elektronenstrahlschweißen 335 Laserstrahlschweißen 335 Lichtbogen-Bolzenschweißen 339 Kaltpreßschweißen 341 Reibschweißen 342 Prozeßablauf 343 Bindemechanismus 344 Gefüge reibgeschweißter Verbindungen 344 Schweißen von Werkstoffkombinationen 344 Mobiles Reibschweißen 345

7 Reibrührschweißen 346 Ultraschallschweißen 348 Anwendung und Verfahrensprinzip 348 Werkstoffkenngrößen und Schweißbarkeit 349 Diffusionsschweißen 350 Überblick 350 Voraussetzungen 350 Eignung für Werkstoffkombinationen 351 Schweißeignungs-Diagramme 352 Verbundwerkstoffe und Technische Keramik 359 Verbundwerkstoffe 359 Technische Keramik 359 Schweißen von Werkstoffkombinationen Abschließende Betrachtungen zur Schweißeignung 361 Nachwort Anlagen Anlage 1-1. Anlage 1-2 A. Anlage 1-2B. Anlage 2-1. Anlage 2-2. Anlage 3-1. Anlage 3-2. Anlage 4-1. Anlage 4-2. Anlage 4-3. Anlage 4-4. Anlage 5. Anlage 6. Anlage 7-1. Anlage 7-2. Anlage 7-3. Anlage 7-4. Anlage 8. Das Periodensystem der Elemente [A 15] 364 Elemente des Periodensystems - sortiert nach Symbolen 365 Elemente des Periodensystems - sortiert nach Namen 365 Schalenaufbau der Atome, tabellarisch aufgelistet. 366 Elektronenkonfiguration der Elemente, Kurzform, basierend auf dem vorangegangenen Edelgaszustand 368 Raumstruktur und Atomradius der Elemente [A 18]. 370 Allotrope Umwandlungen in metallischen Festkörpern 371 Ionisierungsenergie der Atome - Dichte der Stoffe 372 Siede- und Schmelztemperatur der Stoffe 372 Spezifische Wärmekapazität und Schmelzwärme der Stoffe 373 Wärmeleitflihigkeit und spezifischer elektrischer Widerstand der Stoffe 373 Physikalische Eigenschaften von Werkstoffen 374 Grundtypen der Phasendiagramme von Zweistoffiegierungen [170] 375 Temperaturbereiche für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen; Schweißverbindungen aus artähnlichen Werkstoffkombinationen für den Dampfkesselbau, nach pren 12952, Abschn. 10.4, [R 18] und [210] 376 Temperaturbereiche für die Wärmebehandlung nach dem Anschweißen von Flossen und Halterungen aus hitzebeständigen Werkstoffen an Kesselrohre 376 Temperaturbereiche für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen von Nickelwerkstoffen, nach [S 2] 377 Temperaturbereiche für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen von Titan und Titanlegierungen, nach [S 2] 377 Aluminiumknetwerkstoffe - Beispiele in einer Gegenüberstellung von Normen Literatur 379 Verzeichnisse Teil A: Abkürzungen 397 Teil B: Englischsprachige Fachausdrücke 399 Teil C: Personenbezogene Sachbegriffe 401 Teil D: Sachwörter 402 Teil E: Zweistoff-Gleichgewichtsdiagramme 408 Teil F: Altgriechisches Alphabet 409