Handbuch der Schweißtechnik

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1 J. Ruge Handbuch der Schweißtechnik Dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage Band I: Werkstoffe Mit 136 Abbildungen und 146 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo HongKong Barcelona Budapest

2 Inhaltsverzeichnis 1 Begriff der Schweißbarkeit Aufgliederung des Begriffs der Schweißbarkeit Schweißeignung Schweißsicherheit Schweißmöglichkeit Einflußgrößen Der Werkstoff Fertigungsbedingungen Konstruktive Ausbildung Gewährleistung Gewährleistung der Schweißbarkeit Bescheinigung über die Prüfung von Werkstoffen (Werksattest) Werkbescheinigungen Werkszeugnisse Abnahmezeugnisse Beanstandungen Prüfung der Schweißbarkeit Prüfung der Härtbarkeit Prüfung der Alterungsempfindlichkeit Prüfung der Sprödbruchempfindlichkeit Prüfung der Rißanfälligkeit von Schweißgut und wärmebeeinflußter Zone (WEZ) Prüfung der Rißzähigkeit hochfester Werkstoffe Prüfung der Heißrißempfindlichkeit Selbstbeanspruchte Proben Fremdbeanspruchte Proben Aussagen der Bruchmechanik 22 2 Werkstoffbeeinflussung durch den Schweißprozeß Vorgänge bei Erwärmung und Abkühlung Die Abkühlgeschwindigkeit Ausbildung der Schweißnaht und Eigenschaften der wärmebeeinflußten Zone 37

3 VIII Inhaltsverzeichnis Vermischung Ausscheidungsvorgänge Kristallseigerungen Aufhärtung Festigkeitseigenschaften Schrumpfung Eigenspannungen Reaktionen mit den Gasen der Schweißatmosphäre Sauerstoff Stickstoff Wasserstoff Vorgänge bei und nach Kaltverformüng Gefüge und Festigkeit Eigenspannungen Alterung Reckalterung Abschreckalterung Rekristallisation Korrosion Zusammenfassende Beurteilung des Schweißens in kaltverformten Bereichen Wärmebehandlung Vorwärmen Spannungsarmglühen Weichglühen Normalglühen Härten Vergüten Aushärten Flammentspannen Stabilglühen, Lösungsglühen, Diffusionsglühen, Blau wärme Stufenglühen Schweißnahtnachbehandlung Mechanische Nachbehandlung Thermische Nachbehandlung 62 3 Unlegierte Stähle Erschmelzungs- und Vergießungsart Erschmelzungsart Vergießungsart Unberuhigtes Vergießen (U) Halbberuhigte Stähle Beruhigtes Vergießen (R) Stark beruhigtes Vergießen (RR) 69

4 Inhaltsverzeichnis IX Sekundärmetallurgie Pfannenmetallurgie Vakuummetallurgie Umschmelzverfahren Einfluß der Begleitelemente auf Festigkeit und Schweißeignung der unlegierten Baustähle Kohlenstoff Silizium Mangan Phosphor Schwefel Stickstoff Aluminium Kupfer Vanadin Arsen, Antimon, Zinn Das Sprödbruchproblem Werkstoffbedingte Faktoren Konstruktiv- bzw. beanspruchungsbedingte Faktoren Räumliche Spannungszustände Örtliche Spannungskonzentration Beanspruchungsgeschwindigkeit Tiefe Temperaturen Eigenspannungen Die Massenbaustähle nach DIN Gewährleistung der Sprödbruchunempfindlichkeit Schweißeignung der Massenbaustähle Eignung der Stähle nach DIN zum Schmelzschweißen Eignung der Stähle nach DIN zum Widerstandsschweißen und Gaspreßschweißen Auswahl der Stahlsorten und Gütegruppen nach DIN Werkstoffauswahl für den Stahl-, Kran-, Brückenund Stahlwasserbau Werkstoffauswahl für Tankbauwerke Werkstoffauswahl für den Fahrzeugbau Feinbleche aus unlegierten Stählen Unlegierte Einsatz- und Vergütungsstähle Unlegierte Einsatzstähle Unlegierte Vergütungsstähle Unlegierte Rohrstähle Nahtlose Rohre Geschweißte Rohre Präzisionsstahlrohre Gewinderohre 100

5 X Inhaltsverzeichnis Stahlrohre für Wasserleitungen Rohre für Fernleitungen Unlegierte Kessel- und Druckbehälterstähle Einsatz unlegierter Stähle bei höheren Temperaturen Sonstige unlegierte Baustähle Schiffbaustähle Schienenstähle Stähle für Schmiedeteile Betonstähle Offshorestähle Wetterfeste Baustähle Zusatzwerkstoffe für das Schweißen unlegierter Stähle Niedriglegierte Stähle Allgemeines Verwendungsbereich Einfluß der Legierungselemente auf die Werkstoffeigenschaften Das Kohlenstoffäquivalent Das ZTU-Diagramm Das isotherme ZTU-Schaubild Das kontinuierliche ZTU-Schaubild Übertragung der aus dem ZTU-Diagramm gewonnenen Erkentnnisse auf die beim Schweißen ablaufenden Vorgänge Die praktische Anwendung der ZTU-Schaubilder zur Beurteilung der Schweißbarkeit niedriglegierter Stähle Das STAZ-Schaubild Die CTS-Probe von Cottrell Vorwärmtemperaturen und Energiezufuhr Legierungselemente und Schweißbarkeit Zusatzwerkstoffe für niedriglegierte Stähle Schweißen der üblichen niedriglegierten Stähle Einsatzstähle Vergütungsstähle Niedriglegierte und mikrolegierte schweißbare Feinkornbaustähle Normalgeglühte Feinkornbaustähle Wasservergütete hochfeste Feinkornbaustähle Niedriglegierte ultrafeste Baustähle Niedriglegierte Kessel-, Rohr- und druckwasserstoffbeständige Stähle Niedriglegierte Flugzeugbaustähle Niedriglegierte Tieftemperaturstähle 159

6 Inhaltsverzeichnis XI Niedriglegierte Kernreaktorstähle Dualphasenstähle Hochlegierte Stähle Das Schaeffler-Diagramm Ferritische Stähle Austenitische Stähle Metastabile austenitische Stähle Austenitisch-ferritische Stähle Stabile austenitische Stähle Martensitische Stähle Aushärtbare Stähle Austenitformgehärtete, höchstfeste Stähle Kaltzähe Tieftemperaturstähle Warmarbeitsstähle Schweißverfahren für hochlegierte Stähle Metallichtbogenschweißen mit Stabelektrode Schutzgasschweißen UP-Schweißen Gasschweißen Zusatzwerkstoffe für hochlegierte Stähle Wurzelschutz beim Schweißen korrosionsbeständiger Stähle Nachbehandlung Plattierte Stähle und Schweißplattierungen Plattierte Stähle Schweißplattierungen Eisen-Gußwerkstoffe Stahlguß Unlegierter Stahlguß Instandsetzungs- und Fertigungsschweißungen Konstruktionsschweißungen zwischen Stahlgußteilen Verbindungen zwischen Gußteilen und Walzstahl Brennschneiden von unlegiertem Stahlguß Niedriglegierter Stahlguß Instandsetzungs- und Fertigungsschweißungen Konstruktionsschweißungen Brennschneiden von niedriglegiertem Stahlguß Hochlegierter Stahlguß Nichtrostender Stahlguß 203

7 XII Inhaltsverzeichnis Warmfester Stahlguß Hitzebeständiger Stahlguß Kaltzäher Stahlguß Sonstige hochlegierte Stahlgußsorten Temperguß Entkohlend geglühter (weißer) Temperguß (GTW) Nicht entkohlend geglühter (schwarzer) Temperguß (GTS) Gußeisen mit Lamellengraphit Artgleiches Gußeisenschweißen mit Vorwärmen (Gußeisenwarmschweißen) s Artfremdes Gußeisenschweißen ohne Vorwärmen (Gußeisenkaltschweißen) Legiertes Gußeisen mit Lamellengraphit Gußeisen mit Kugelgraphit Unlegiertes Gußeisen mit Kugelgraphit Schweißen mit artfremdem Zusatzwerkstoff Schweißen mit artgleichem Zusatzwerkstoff Schweißen mit Nahtformung Legiertes Gußeisen mit Kugelgraphit Gußeisen mit Vermiculargraphit Nichteisenmetalle NE-Schwermetalle Blei Gold Hafnium Iridium Kobaltlegierungen Kupfer und Kupferlegierungen Kupfer Kupferlegierungen Hinweise für das Schweißen von Kupfer und seinen Legierungen Hinweise für das Löten von Kupfer und Kupferlegierungen Die Festigkeitseigenschaften geschweißter Verbindungen an Kupfer und Kupferlegierungen Molybdän Nickel und Nickellegierungen Einfluß der Legierungselemente auf die Schweißbarkeit Vorbehandlung zum Schweißen Das Schweißen der Nickellegierungen Das Löten der Nickellegierungen Wärmebehandlung 255

8 Inhaltsverzeichnis XIII Niob Platin Plutonium Silber und Silberlegierungen Tantal und Tantallegierungen Thorium Uran Vanadin Wolfram Zink Zinn Zirkonium und Zirkoniumlegierungen NE-Leichtmetalle Aluminium und Aluminiumlegierungen Einfluß des Anlieferungszustandes Rißneigung beim Schweißen von Aluminiumlegierungen Poren Zusatzwerkstoffe zum Schmelzschweißen von Aluminium Anodische Oxidation (Eloxieren) von geschweißtem Aluminium Tüpfelprobe zur orientierenden Bestimmung der Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen Schweißverfahren für Aluminium und Aluminiumlegierungen Schweißen von Aluminium-Sonderwerkstoffen Thermisches Trennen von Aluminiumwerkstoffen Löten von Aluminium Beryllium Verfahren zum Schweißen von Beryllium Löten von Beryllium Magnesium und Magnesiumlegierungen Schweißbarkeit Zusatzwerkstoff Verfahren zum Schweißen von Magnesium Titan und Titanlegierungen Reinigung Verfahren zum Schweißen von Titan Thermisches Trennen von Titanwerkstoffen Zusatzwerkstoffe zum Schutzgasschweißen von Titan Löten von Titan Verbindungen mit ungleichartigen Metallen Legierungen aus intermetallischen Verbindungen 300

9 XIV Inhaltsverzeichnis 9 Nichtmetallische Werkstoffe Kunststoffe Polyvinylchlorid (PVC) Polyethylen (PE) Polypropylen (PP) Polystyrol (PS) Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN) Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate (ABS) Polytetrafluorethylen (PTFE) Polyamide (PA) Polymethylmethacrylat (PMMA) Polyacetal (POM) Polycarbonat (PC) Polyvinylidenfluorid (PVDF) Schweißzusätze für thermoplastische Kunststoffe Verbindungen zwischen ungleichartigen Kunststoffen Kunststoff-Metall-Verbindungen Glas Keramik Löten von Keramik Diffusionsschweißen von Keramik Reibschweißen von Keramik Kleben von Keramik Thermisches Spritzen von Keramik Thermisches Schneiden von Keramik Silizium Graphit und Diamant Beton Biologische Stoffe Gewebe Knochen 321 Literatur 322 Sachverzeichnis 343