Schweiss-Grundlagen

Definition

Beim Schweissen werden zwei Teile stoffschlüssig und unlösbar miteinander verbunden. Dabei wird der Werkstoff an der Fügestelle in den flüssigen oder plastischen Zustand gebracht.

Geschweisst wird meist mit Zusatzmaterial, das benötigt wird um die Lücken zu füllen.

Stab-Zusatzmaterial
Pulver-Zusatzmaterial

Bei einigen Verfahren, wird jedoch das Werkstück im plastischen Zustand zusammengedrückt. So wird das Zuführen von Zusatzmaterial unnötig.

Ohne Zusatzmaterial

Vor- und Nachteile

Die Eigenschaften des Verfahrens werden oft mit Kleben und Löten verglichen.

Leitende Verbindung
stoffschlüssig
neues Gefüge in der Verbindung

Temperatur und Gefüge

Vorteile

Vielfältige Formgebung / Einfache Anwendung für Einzelteile / keine zusätzlichen Verbindungselemente nötig / Festigkeit so hoch wie bei Bauteilen / Verfahren automatisierbar / Keine Überlappung nötig

Nachteile

Festigkeit, Härte und Zähigkeit werden durch Gefügeveränderung nachteilig beeinflusst / Verzug und Schrumpfung beeinflusst die Genauigkeit / Nur gleiche oder sehr ähnliche Metalle schweissbar / Nicht alle Metalle schweissbar, Stahl C kleiner 0.22% / Entsprechende Anlage und Erfahrung notwendig

Gefügeveränderung

Bindung

Die Bindung entsteht in einer sehr kleinen Zone im Kontaktbereich der beiden Verbindungsmaterialien. Das Material wird geschmolzen oder stark erwärmt. Die gleichen oder sehr ähnlichen Materialien bilden beim Abkühlen in der Schmelzzone neue Kristalle. Je nach erreichter Temperatur im Gefüge, verhält sich das Material beim Abkühlen unterschiedlich.

Temperatur und Gefüge

Gefügebildung

In der Schweissnaht bildet sich Gussgefüge. Grobe Körner zur Mitte hin.
Der Bereich direkt neben der Naht ist anfällig auf Spannungsrisse und Bruch, wenn zu schnell abgekühlt wird, da sich Härtegefüge bildet (Martensit bei C>0.2%).

Temperatur und Härte

Bei Temp. Über 1000°C bildet sich anschliessend Grobkorngefüge im Werkstoff, was zu weniger Festigkeit und Dehnbarkeit führt.
Beim Normalglühen gibt man den Atomen die Möglichkeit durch Diffusion ein gleichmässiges, feinkörniges Gefüge zu bilden.

Überraschenderweise wird die Wärmeeinflusszone um so breiter und die sich in ihr vollziehenden Gefügeänderungen fallen umso gravierender aus, je niedriger die Energiedichte der zum Schweißen benutzten Wärmequelle ist.

Korngrösse

Die Korngrösse beeinflusst die Eigenschaften des Materials. Um ein gleichmässiges und feinkörniges Gefüge bilden zu können, darf nicht zu schnell abgekühlt werden.

Korngrösse

Feinkörniges Gefüge hat eine höhere Festigkeit und Dehnbarkeit aber geringere Warmfestigkeit und schlechtere Bearbeitbarkeit
Unterschiedliche Erwärmung = unterschiedliche Materialeigenschaften!

Fehler in der Schweissnaht

Fehler

Die Fehlerentstehung beim Schweissen ist sehr vielfältig. Die hier abgebildeten Gruppierungen sind stark vereinfacht. Wir unterscheiden innere und äussere Fehler und unterteilen dann weiter nach Ursachen.

Fehler beim Schweissen

Ursachen

Durch zu schnelles Abkühlen entstehen Spannungsrisse in und neben der Schweissnaht

Durch zu viel Wärme am gleichen Ort oder zu wenig Vorschubgeschwindigkeit entstehen Spritzer, Wurzelüberhöhungen, Wurzelkerben, Einbrandkerben oder auch Nahtüberhöhungen

Durch zu wenig Wärme am gleichen Ort oder zu grosse Schweissgeschwindigkeit ergeben sich haupsächlich Bindefehler und Wurzelbindefehler

Durch Unsauberkeiten oder zu wenig Abschirmung der Schweissstelle entstehen Schlacken- und Fremdeinschlüsse sowie Poren und Gaskanäle in der Schweissnaht.

Durch die richtige Gestaltung der Fugenform, kann das Risiko für Fehler minimiert werden

Prüfung der Schweissnaht

Prüfung durch Zerstörung

Als Vorbeugung bei grossen Serien oder nach einem Versagen des Bauteiles, zum Nachweisen von Festigkeitswerten und Fehlermöglichkeiten der Schweissnaht kann die Prüfung durch Zerstörung angewendet werden.

Zerstörungsfrei

Beim Farbeindringverfahren wird das Bauteil mit farbiger Flüssigkeit bestrichen, welche in die Ritzen eindringt und nach dem Besprühen mit weissem Entwickler sichtbar werden.

Farbeindringverfahren

Beim Magnetpulververfahren wird Strom durch das Bauteil geleitet. Dadurch ordnet sich das Magnetpulver um die Risse an der Oberfläche an und macht diese so sichtbar. Vorsicht, es werden nur Risse Quer zum Stromfluss sichtbar.

Magnetpulververfahren

Beim Röntgenverfahren bilden Röntgenstrahlen Fehler im Bauteil auf einem Bildschirm oder auf einem Röntgenbild ab.

Röntgenprüfung

Beim Ultraschallverfahren werden Ultraschallwellen im Bauteil an allen Oberflächen reflektiert , z.B. Risse, Gasblasen, Mantelflächen usw. Die Stärke des Ausschlages und die Position auf der Tiefenachse gibt Grösse und Position des Fehlers an.

Ultraschalprüfung

Gestaltung der Schweissnaht

Schweissnahtform

Die Schweissnahtform hängt von der Stossart, Teiledicke und vom Schweissverfahren ab.

Schweiss-Nahtformen

V–Naht ist eine einfache Naht, die nur von einer Seite zu schweissen ist / X–Naht ist eine gleichmässige Schweissung von beiden Seiten, wodurch weniger Verzug entsteht oder bei dicken Platten / U–Naht ist von unten nicht sichtbar, braucht aber Vorbearbeitung / Kehl–Naht ist eine einfache Naht bei T-Stoss-Verbindung, keine Bearbeitung der Teile nötig.

Schweissposition

Die Lage der Schweissnaht beim Schweissen wird als Schweissposition bezeichnet, Wannenposition ist am einfachsten. Wird die Schweissposition durch den Montageort vorgegeben, nennt man sie Zwangslage.

Schweisspostitionen

Schweissstossarten

Der Schweisstoss ist die Anordnung der zu verschweissenden Teile zueinander

Schweiss-Stossarten