Die Metallurgie des Schweißens

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1 Die Metallurgie des Schweißens Eisenwerkstoffe - Nichteisenmetallische Werkstoffe erweitert, überarbeitet Buch. Hardcover ISBN Weitere Fachgebiete > Technik > Werkstoffkunde, Mechanische Technologie > Werkstoffprüfung schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 IX Inhaltsverzeichnis Häufig benutzte Symbole Abkürzungen XXIV XXVII 1 Grundlagen der Werk stoffkunde und der Korrosion Schweißtechnik erfordert die Werkstoffkunde Aufbau metallischer Werk stoffe Bindungsformen der Metalle Metallische Bindung Ionenbindung (heteropolare Bindung) Atombindung (kovalente Bindung) Gitteraufbau der Metalle Gitterbaufehler (Realkristalle) Gefüge, Korn, Kristallit, Korngröße Mechanische Eigenschaf ten der Metalle Verformungsvorgänge im Idealkristall Verformung und Verfestigung in tech nischen Werkstoffen Verfestigung Einfluß der Korngrenzen Phasenumwandlungen Phasenumwandlung flüssig-fest Primärkristallisation von (reinen) Metallen Primärkristallisation von Le gie rungen Phasenumwandlungen im festen Zustand Diffusionskontrollierte Phasenumwandlungen Diffusionslose Phasenumwandlungen (Martensitbildung) Thermisch aktivierte Vor gänge Diffusion Nichtstationäre Diffusionsvorgänge Erholung und Rekristallisation Warmverformung Grundlagen der Legierungskunde Aufbau und Eigenschaften der Phasen Mischkristalle Substitutionsmischkristalle Einlagerungsmischkristalle Intermediäre Verbindungen Zustandsschaubilder Zustandsschaubild für voll kommene Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand Eutektische Systeme 51

3 X Inhaltsverzeichnis Systeme mit begrenzter Löslichkeit Systeme mit intermediären Phasen Systeme mit Umwandlungen im festen Zustand Nichtgleichgewichtszustände Kristallseigerung Entartetes Eutektikum Aussagefähigkeit und Bedeutung der Zustandsschaubilder für das Schweißen Abschätzen des Schweißverhaltens Mechanische Gütewerte Dreistoffsysteme Ternäre Schaubilder in ebener Darstellung Isothermische Schnitte Vertikalschnitte Quasibinäre Schnitte Grundlagen der Korrosion Definitionen und Begriffe Elektrochemische Vorgänge Korrosionsvorgänge in wäßrigen Lösungen Wasserstoffkorrosion (Säurekorrosion) Sauerstoffkorrosion Das Korrosionsverhalten beeinflussende Faktoren Ionenkonzentration Sauerstoffgehalt Elektrolyttemperatur Strömungsgeschwindigkeit Medienkonzentration Elektrochemische Polarisation Stromdichte-Potential-Kurven Aktivierungspolarisation Konzentrationspolarisation Passivität Korrosionsarten Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung Kontaktkorrosion Lochkorrosion (Lochfraß) Spaltkorrosion (Berührungskorrosion) Selektive Korrosion Korrosionsvorgänge in besonderen Umgebungen 88 Atmosphärische Korrosion 88 Mikrobiologische Korrosion Korrosionsarten mit mechanischer Beanspruchung Spannungsrißkorrosion (SpRK) Kavitation(skorrosion) Erosion(skorrosion) Reibkorrosion ( Fressen ) Gestaltungsrichtlinien; Werkstoffwahl Spalt-, Berührungskorrosion Konzentrationselemente Wasserlinienkorrosion, atmosphärische Korrosion Kontaktkorrosion 99

4 Spannungsrißkorrosion (SpRK) Besonderheiten beim Schweißen Hinweise zum Korrosionsschutz Aktive Schutzverfahren Inhibitoren Kathodischer Korrosionsschutz Anodischer Korrosionsschutz Passive Schutzverfahren Organische Beschichtungen Anorganische Überzüge Metallische Überzüge Aufgaben zu Kapitel Schrifttum 121 XI 2 Stähle Werkstoffgrundlagen Allgemeines Einteilung der Stähle Stahlherstellung Erschmelzungsverfahren Sekundärmetallurgie Vergießungsverfahren; Desoxidieren Vergießen und Erstarren des Stahles Unberuhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FU (U) Beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen (R) Besonders beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FF (RR) Das Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) Die Wärmebe hand lung der Stähle Glühbehandlungen Spannungsarmglühen Normalglühen Härten und Vergüten Härten Vergüten Die Austenitumwandlung dargestellt im ZTU- und ZTA-Schaubild ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung ZTU-Schaubilder für isothermische Wärmeführung Möglichkeiten und Grenzen der ZTU-Schaubilder Anwendbarkeit der ZTU-Schaubilder auf Schweißvorgänge Allgemeines Verfahren Isothermisches Schweißen Stufenhärtungsschweißen ZTA-Schaubilder Isothermische ZTA-Schaubilder Kontinuierliche ZTA-Schaubilder 157

5 XII Inhaltsverzeichnis 2.6 Festigkeitserhöhung metallischer Werkstoffe Prinzip der Festigkeitserhöhung Abschätzen der maximalen Festigkeit Theoretische Schubfestigkeit Theoretische Kohäsionsfestigkeit Methoden zum Erhöhen der Festigkeit Kaltverfestigung Mischkristallverfestigung Ausscheidungshärtung Korngrenzenhärtung Martensithärtung Thermomechanische Behandlung Unlegierte und (niedrig-)legierte Stähle Wirkung der Legierungselemente Unlegierte Baustähle nach DIN EN Stähle für den Maschinen- und Fahrzeugbau Vergütungsstähle Einsatzstähle Warmfeste Stähle Kaltzähe Stähle Feinkornbaustähle Normalgeglühte Feinkornbaustähle Terrassenbruch Thermomechanisch gewalzte Feinkornbaustähle Metallkundliche Grundlagen; Stahlherstellung Eigenschaften und Verarbeitung DIN EN : Feinkornbaustähle, thermomechanisch umgeformt DIN EN 10208: Stahlrohre für Rohrleitungen für brennbare Medien Vergütete Feinkornbaustähle Korrosionsbeständige Stähle Erzeugen und Erhalten der Korrosionsbeständigkeit Korrosionsverhalten der Stähle in speziellen Medien Werkstoffliche Grundlagen Die Zustandsschaubilder Fe-Cr, Fe-Ni Das Zustandsschaubild Fe-Cr-Ni Einfluß wichtiger Legierungselemente Nickel Kohlenstoff Stickstoff Molybdän Silicium Wasserstoff Ausscheidungs- und Entmischungsvorgänge Interkristalline Korrosion (IK) 206 Gegenmaßnahmen Sigma-Phase (s-phase) C-Versprödung Einteilung und Stahlsorten Martensitische Chromstähle Ferritische Chromstähle 213

6 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle 215 Stickstofflegierte austenitische Stähle Austenitisch-ferritische Stähle (Duplexstähle) Aufgaben zu Kapitel Schrifttum 233 XIII 3 Einfluß des Schweißprozesses auf das Verhalten und die Eigenschaften der Verbindung Schweißbarkeit Begriff und Definition Schweißeignung Schweißsicherheit Schweißmöglichkeit Bewertung und Folgerungen Schweißeignung der Stähle Unlegierte Stähle Erschmelzungs- und Vergießungsart Chemische Zusammensetzung Legierte Stähle Wirkung der Wärmequelle Temperatur-Zeit-Verlauf Eigenspannung; Schrumpfung, Verzug Querschrumpfung Winkelschrumpfung Längsschrumpfung Haupteinflüsse auf Schrump fungen und Spannungen Wärmemenge und Schweißverfahren Werkstoffeinfluß Konstruktionseinfluß Metallurgische Wirkungen des Temperatur-Zeit-Verlaufs Sauerstoff Stickstoff Wasserstoff Das Sprödbruchproblem Werkstoffmechanische Grund lagen Probleme konventioneller Berechnungskonzepte Sprödbruchbegünstigende Faktoren Werkstoffliche Faktoren Konstruktive Faktoren Maßnahmen zum Abwenden des Sprödbruchs Fehler in der Schweißverbindung Metallurgische Fehler Die Wirkung der Gase Verhindern der Gasaufnahme Fehler beim Schweißbeginn und Schweißende 269

7 XIV Inhaltsverzeichnis Probleme des Einbrands Einschlüsse; Schlacken Zündstellen Rißbildung im Schweißgut und in der WEZ Bewertung der Fehler Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Schweißmetallurgie der Eisenwerkstoffe Aufbau der Schweißverbindung Vorgänge im Schweißbad Die Primärkristallisation der Schweißschmelze Massentransporte im Schweißbad Werkstoffliche Vorgänge in der WEZ Die WEZ in Schweißverbindungen aus umwandlungsfähigen Stählen Der Einfluß des Nahtaufbaus; Einlagen- Mehrlagentechnik Eigenschaften und mechanische Güte werte Härteverteilung Mechanische Eigenschaften des Schweißguts Mechanische Eigenschaften der WEZ Vorwärmen der Fügeteile Einfluß der Stahlherstellungsart und der chemischen Zusammensetzung Seigerungen Alterungsprobleme Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe zum Schweißen unlegierter Stähle und Feinkornbaustähle Konzepte der Normung Metallurgische Betrachtungen Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze bis 500 N/mm Stabelektroden für das Lichtbogenhandschweißen (DIN EN 499) Aufgaben der Elektroden umhüllung Metallurgische Grundlagen Eigenschaften der wichtigsten Stabelektroden 337 Sauerumhüllte Stabelektroden (A) 337 Rutilumhüllte Stabelektroden (R) 338 Basischumhüllte Stabelektroden (B) 338 Zelluloseumhüllte Stabelektroden (C) Bedeutung des Wasserstoffs Normung der umhüllten Stabelektroden Schweißzusätze für das Schutzgasschweißen WIG-Schweißen MSG-Schweißen Schweißzusätze für das UP-Schweißen Drahtelektroden 357

8 Schweißpulver 360 Schmelzpulver 362 Agglomerierte Pulver 362 Metallurgisches Verhalten der Schweißpulver Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze über 500 N/mm Schweißen der wichtigsten Stahlsorten Unlegierte niedriggekohlte C-Mn-Stähle Baustähle nach DIN EN Gütegruppen (Stahlgütegruppen) Wahl der Gütegruppe Feinkornbaustähle; normalgeglüht und thermomechanisch behandelt Allgemeine Konzepte Einfluß der Abkühlbedingungen auf die mechanischen Gütewerte der Verbindung Fertigungstechnische Hinweise Nahtvorbereitung Wärmebehandlung Schweißtechnologie Rißerscheinungen Schweißzusatzwerkstoffe Stabelektroden Drahtelektroden; Schweißpulver (UP-Schweißen) Drahtelektroden; Schutzgase (MSG-Schweißen) Fein kornbaustähle; vergütet Höhergekohlte Stähle Warmfeste Stähle Ferritische Stähle (ferritisch-perlitisch) Ferritische Stähle (ferritisch-bainitisch) Ferritische Stähle (martensitisch) Austenitische Stähle Versprödungs- und Rißmechanismen Wiedererwärmungsriß (Ausscheidungsriß) Anlaßversprödung Kaltzähe Stähle Korrosionsbeständige Stähle Einfluß der Verarbeitung auf das Korrosionsverhalten Konstitutions-Schaubilder Martensitische Chromstähle Ferritische und halbferritische Stähle Austenitische Chrom-Nickel-Stähle Primärkristallisation Heißrißbildung Messerlinienkorrosion Metallurgie des Schweißens Austenitisch-ferritische Stähle (Duplexstähle) Verbinden/Auftragen unterschiedlicher Werkstoffe Austenit-Ferrit-Verbindungen Schweißplattieren Schweißpanzern 445 XV

9 XVI Inhaltsverzeichnis 4.4 Eisen-Gußwerkstoffe Stahlguß (G, GS, GX) Stahlguß für allgemeine Verwendungszwecke Fertigungsschweißen Instandsetzungsschweißen Konstruktionsschweißen Hochfester schweißgeeigneter Stahlguß Legierter Stahlguß Gußeisen (EN-GJL, alt: GG; EN-GJS, alt: GGG; GGV) Gußeisen mit Lamellengrafit (EN-GJL, alt: GG) Artgleiches Schweißen (Gußeisenwarmschweißen) Artfremdes Schweißen (Gußeisenkaltschweißen) Gußeisen mit Kugelgrafit (EN-GJS, alt: GGG) Artgleiches Schweißen Artfremdes Schweißen Legiertes (austenitisches) Gußeisen mit Kugelgrafit Temperguß (EN-GJMW, alt: GTW; EN-GJMB, alt: GTS) Weißer Temperguß (EN-GJMW, alt: GTW) Schwarzer Temperguß (EN-GJMB, alt: GTS) Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Schweißmetallurgie der nichteisenmetallischen Werkstoffe Die WEZ in Schweißverbindungen aus Nichteisenmetallen Einphasige Werkstoffe Mehrphasige Werkstoffe Ausscheidungshärtende Legierungen Hochreaktive Werkstoffe Kaltverfestigte Werkstoffe Schwermetalle Kupfer und Kupferlegierungen Hinweise zum Schweißen Kupfer Kupferlegierungen 505 Kupfer-Zink-Legierungen (Messinge) 506 Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronzen) 507 Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) 508 Kupfer-Nickel-Legierungen Nickel und Nickellegierungen Einfluß der Legierungselemente auf das Schweißverhalten Schweißmetallurgie Allgemeine Werkstoffprobleme 515 Nickel-Chrom-(Eisen-)Legierungen 516 Molybdänhaltige Nickelbasis-Legierungen 516 Ausscheidungshärtende Nickelbasis-Legierungen Schweißpraxis 519

10 XVII 5.3 Leichtmetalle Aluminium und Aluminiumlegierungen Lieferformen Bezeichnungsweise Metallurgisch bedingte Schweißdefekte Heißrisse Spannungsrisse Poren Aluminium-Knetlegierungen Aluminium-Gußlegierungen Ausscheidungshärtende Aluminiumlegierungen Aluminium-Sonderlegierungen Aluminium-Lithiumlegierungen Aluminium-Druckgußlegierungen Dispersionshärtende Aluminiumlegierungen Schweißzusatzwerkstoffe Schweißpraxis Vorbereitende Maßnahmen Schweißverfahren 538 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) 538 Metall-Inertgasschweißen (MIG) 539 Laserschweißen Magnesium und Magnesiumlegierungen Beryllium Hochschmelzende und hochreaktive Werkstoffe Titan und Titanlegierungen Eigenschaften und Schweißverhalten der Titanwerkstoffe Unlegiertes Titan Alpha- und Nah-Alpha-Legierungen Alpha-Beta-Legierungen Beta-Legierungen Titan-Sonderlegierungen Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte Schweißpraxis Molybdän und Molybdänlegierungen Zirkonium und Zirkoniumlegierungen Tantal und Tantallegierungen Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Anhang Prüfung auf Heißrißanfälligkeit Verfahren mit Selbstbeanspruchung der Probe Verfahren mit Fremdbeanspruchung der Probe Prüfung auf Kaltrissigkeit Implant-Test Der Pellini-Versuch 574

11 XVIII Symbole und Abkürzungen 6.3 Der Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN 10045) Der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch Das COD-Konzept von Cottrell und Wells Schrifttum Sachwortverzeichnis 584