Fügetechnik. Widerstandspressschweißen: unlösbares Verbinden von Werkstoffen durch Wärmeeinwirkung Wärme (elektrischen Widerstand) + Druck

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1 Fügetechnik Fügen: Zusammenbringen von zwei oder mehreren Werkstücken mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Form Schaffung von Zusammenhalt (örtlich oder im ganzen) Schmelzen: unlösbare Vereinigen von Grundwerkstoffen unter Anwendungen von Wärme und/oder Druck mit oder ohne Zusatzwerkstoffe ähnlicher Schmelzpunkt Schmelzschweißen: Nur Wärme (schmelzflüssiger Zustand) Pressschweißen: Wärme + Druck (Vereinigung im plastischen Zustand, teilweises Schmelzen, Nur Druck Vereinigung im festen Zustand) Widerstandspressschweißen: unlösbares Verbinden von Werkstoffen durch Wärmeeinwirkung Wärme (elektrischen Widerstand) + Druck Schweißverfahren: I. Gasschmelzschweißen Gase: Wasserstoff H2, Propan C2H8, Acetylen C2H2, Erdgas Anwendung: alle Stähle, eisenfreie Metalle geringe Geräteinvestition wirksame Abschirmung Wärmeeinbringung gut kontrollierbar unabhängige Energieversorgung Flamme brennt unabhängig von Werkstoff Brandgefahr hohe Gasherstellungskosten

2 kaum Automatisierbar geringe Wärmeausnutzung geringe Produktivität II. Lichtbogenhandschweißen Merkmale: Stabelektrode schmilzt als Zusatzwerkstoff ab Gleichstrom, Wechselstrom Stabelektrode und Werkstoff dürfen sich nicht berühren Umhüllung Stabelektrode: Stabilisierung Lichtbogen, Schutzatmosphäre, Verhindert Abbrand Legierungselemente, Schlacke langsame Abkühlung Anwendung: Ni-Cr-Stähle, Cu, Al Elektrodentypen: Sauer, basisch, Rotil, Cellulose viele Positionen geringe Geräteinvestition einfacher Gerätetransport Zusatzwerkstoffe überall erhältlich wirtschaftlicher als Gasschweißen hohe Fertigkeit des Schweißers erforderlich Unfallgefahr Strahlung / Strom giftige Dämpfe

3 III. Schutzgasschweißen Merkmale: Lichtbogen zwischen Drahtelektrode / Werkstück über Stromquelle verbunden (An schmelzen von Werkstück + Elektrode) Anwendung: MIG: Hochlegierte Stähle, NE-Metalle, Al-Legierungen MAG / MSG: unlegiete Stähle Gase: MIG : Inertgas ( Ar, He) MAG: CO2 MSG: CO2 + Ar oder He Lichtbogenarten: Kurzlichtbogen im Kurzschluss Übergangslichtbogen Kurzschluss behaftet Sprühlichtbogen Kurzschluss frei Langlichtbogen Kurzschluss behaftet Impulslichtbogen Kurzschluss frei hohe Stromdichte hohe Qualität der Schweißnaht hohe Wirtschaftlichkeit seht gute Automatisierbarkeit alle Positionen möglich weniger giftige Dämpfe Nachteil: empfindlich gegen Luftzug

4 IV. Wolfram Inertgasschweißen Merkmale: Lichtbogen zwischen Wolframelektrode und Werkstück, keine Elektrodenkontakt, Kühlung Elektrodenhalterung Gase: Argon (+ H2 oder He) Anwendung: Stahl, Al, Ti, Ni, Tantal fast alle Metalle Schweißbar alle Positionen kein Flussmittel nötig bei Nicht-Fe-Metallen konzentrierte Wärmeeinbringung geringer Verzug Tiefschweißen möglich sauberes Verfahren (kaum Spritzer) feine Schweißnähte kaum durchführbar V. Laserstrahlschweißen Merkmal: keine Zusatzstoffe, Fokussierung mittels Optik, hohe Energiekonzentration (kleiner Fügestoß), schnelle Aufschmelzung Anwendung: Bauteile mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmale und schlanke Schweißnahtform, Fertigteile extrem hohe Wärmeeinbringung extrem hohe Schweißgeschwindigkeit wenig Verzug unbearbeitete Werkstücke Schweißbar hohe Investitionskosten extrem genaue Nahtvorbereitung nötig

5 VI. Widerstandspunktschweißen Merkmale: gegeneinander drückende Elektroden auf 2 überlappende Werkstücken, Wechselstrom, Verschleiß muss berücksichtigt werden, Linsen förmige Verbindung Anwendung: Automobilindustrie selten Zusatzstoffe wirtschaftlich günstig geringer Verzug keine Relativbewegung gute Wärmebilanz langsam bei Überlappung Kraftumlenkungen notwendig Schweißverbindungen über ganzen Querschnitt notwendig große elektrische Leistung notwendig VII. Widerstandsrollschweißen

6 Merkmale: Drehkörperelektroden, überlappende Werkstücke, Bewegung zwischen Bauteilen und Rollelektroden Punktreihen VIII.Widerstandsbuckelschweißen Merkmale: Stromdichte durch Bauteilform, Elektrode zur Stromzuführung + Kraftanstrengung Anwendung: Kreuzdrahtschweißungen, Koordinatenverschiebung Vorteil: mehrere Verbindungen Gleichzeitig IX. Zusammenschweißen Merkmale: Werkstücke fest eingeklemmt ( Elektroden Strom + Kraftübertragung), nach Schmelzen Aufeinander stauchen der Werkstück Vorteil: gratfreie dicke Wulst X. Reibschweißen Merkmale: ein Fügeteil muss rotationssymetrisch (wird rotiert) sein, Energiezuführung durch Relativbewegung der Fügeteile unter Druck Anwendung: Rohre, Auslassventile für Verbrennungsmotoren stoffschlüssige Verbindung unterschiedlicher Materialien, kurze Taktzeit nicht für härtungsempfindliche Werkstoffe XI. Elektronenstrahlschweißen Merkmale: Kathodenstrahlröhre mit hoher Spannung, Beschleunigung auf 2/3 C, hohe Energiedichte hohe Schweißgeschwindigkeit sehr geringer Verzug Tiefe und Schmale Nähte dicke Blechdicken Schweißbar hoch schmelzende und hoch reaktive Werkstoffe Schweißbar hohe Investitionskosten genau Nahtvorbereitung Hochvakuum notwendig

7 Fügen durch Löten Definition Löten: thermisches Verfahren zum Fügen und Beschichten Solidustemperatur des Werkstoffes wird nicht erreicht Diffusionslöten: Diffusion an der Grenzfläche Schmelzlöten: flüssige Phase des Lotes Vorteile: kurze Fertigungszeit kaum Umweltbelastung gute Integrierbarkeit in Fertigungsablauf unterschiedliche Werkstoffkombinationen möglich geringe Fügetemperatur Ausnutzung von Kapillarkräften Nachteile: eingeschränkte Form hohe Anlagenkosten unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit im Gegensatz zu Schweißen geringe Festigkeit als Schweißverbindung Oberflächenbenetzung: Winkel zwischen flüssigen Lot und Grundwerkstoff sollte kleiner als 30 sein 0 30 vollständig benetzt teilweise benetzt >90 nicht benetzt Aktivierungsmedien:

8 Flussmittel: Aktivierungsmedium macht Diffusion möglich entoxidiert Metalloberfläche + Verhinderung neuer Oxidschichtbildung Verringerung der Oberflächenspannung des Lotes nach Lötvorgang entfernen (wirken teilweise korrosiv) Flussmittel kann durch Schutzgas ersetzt werden Lötverfahren: Weichlöten: bis 450 C z. B. Zn, Pb, Bi, Sn, Jn Lote: Zn, Zn -Pb, Pb-Ag Hartlöten: bis 900 C z. B. Stahl, Messing, Cu, Au, Ag Lote: Al, Ag, Au-Mn Hochtemperaturlöten: über 900 C z. B. Ta, Mo, Ti, Pt Lote: Au, Ti, Ni, Cu Festigkeit: Weichlötverbindung < Hartlötverbindung < Schweißverbindung Lötofen: Diskontinuierlich Arbeitend: Kammeröfen, Schachtöfen, Haubenöfen große Werkstücke Kontinuierlich Arbeitend: Förderbanddurchlauföfen kleine Teile, Massenfertigung Vakuumöfen: Heizwandofen T < 1100 C Hochwandofen mit Druckentlastung T < 1100 C Kaltwandofen T > 1100 C Allgemeines Hauptgruppen der Fügeverfahren: Zusammensetzen, Füllen, An-/Einpressen, Fugen durch Urformen / Umformen Schweisen, Loten, Kleben, textiles Fugen Fügeverfahreneingeteilung: Hauptwirkprinzipien bei Herstellung Schweisen, Loten, Kleben... Funktion starr, beweglich Verwendung von Fügeelementen mittelbar, unmittelbar Verbindungsmechanismus Formschluss, Kraftschluss, Stoffschluss Art der Verbindung lösbar, unlösbar, bedingt lösbar Zweck der Verbindung Verbinden, Ergänzen

9 Energiequellen und deren Wirkenergie: Brenngas-, Sauerstoffflamme, metallothermische Reaktion Reaktionswarme Lichtbogen Lichtbogenenergie (elektrisch und elektromagnetisch) Elektrischer Widerstand elektrische Energie Elektronenstrahl, Ionenstrahl kinetische Energie der Korpuskularstrahlung Lichtstrahl, Laser elektromagnetische Strahlungsenergie Schockwellen, Reibung, Ultraschall mechanische Energie Stoßformen:

10 Nahtformen:

11 Schweißpositionen: