Referat Fügen - Schmelzschweißverfahren, Schutzgasschweißen

Fügen

Überblick:

3.1) Schweißen:

3.1.1) Allgemeines

Definition nach DIN 8586: Schweißen bedeuted das Vereinigen oder Beschichten von Werkstoffen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck ohne/mit Zusatzwerkstoffen.

Die Schweißbarkeit eines Bauteils unterteilt man in drei Kategorien:

Die Schweißeignung: wird wesentlich beeinflußt von der chemischen Zusammensetzung der Werkstoffe. Auch das gewählte Schweißverfahren bestimmt das Gefüge und damit die metallurgischen und physikalischen Eigenschaften.

Die Schweißsicherheit: ergibt sich aus der konstruktiven Gestaltung, dem Beanspruchungszustand und den Werkstoffeigenschaften.

Die Schweißmöglichkeit: wird von der Konstruktion und der Fertigung beeinflußt. Weiters ist die Möglichkeit von der Vorbereitung, der Ausführung und der Nachbehandlung abhängig.

3.1.2) Schmelzschweißverfahren

3.1.2.1) Gasschmelzschweißen

Das Gasschmelzschweißen ist ein Verfahren der Autogentechnik. Der zum Fügen erforderliche Schmelzfluß entsteht durch Einwirkung einer Brenngas-Sauerstoff-Flamme. Der Schweißzusatzwerkstoff wird meist getrennt zugeführt. Für Eisenwerkstoffe wird das Gas AZETYLEN verwendet (Flammentemperatur ca. 3100°C). Azetylen entsteht aus Kalziumkarbid und Wasser.

3.1.2.2) Schutzgasschweißen

WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen). Der Lichtbogen brennt zwischen Wolframelektrode und Werkstück. Elektrode und Schweißbad werden vor der Luft durch Gas geschützt. Schutzgas ist meistens Argon. Dünne Bleche werden ohne Zusatz geschweißt. Bei dicken Blechen kann Wärme und Zusatzwerkstoff ähnlich wie beim Gasschweißen unabhängig voneinander zugeführt werden.

Stahl und Nichteisenmetalle werden mit Gleichstrom (Elektrode am - Pol) geschweißt. Die Nähte sind hochwertig und ohne Poren und Schlackeneinflüsse. Für Aluminium- und Magnesiumwerkstoffe wird Wechselstrom verwendet.

MIG (Metall-Inertgas-Schweißen). Im Gegensatz zum WIG-Schweißen ist dies ein Hochleistungsverfahren. Anstelle der Wolframelektrode wird der Zusatzdraht kontinuierlich zugeführt. Das Verfahren ist gut mechanisierbar, ergibt wenig Verzug, erfordert jedoch eine sorgfältige Nahtvorbereitung.

MAG (Metall-Aktivgas-Schweißen). Zum Schweißen von unlegierten oder niedriglegierten Stählen kann teures Argon durch CO₂ oder Mischgas ersetzt werden. Wegen einem kleinen Schmelzbad und tiefem Einbrand ist es für alle Lagen (Wannenlage, geeignet.

3.1.2.3) Unterpulverschweißen

Der Lichtbogen brennt zwischen der endlos zugeführten Drahtelektrode und dem Werkstück unsichtbar unter lose aufgeschüttetem Pulver. Geschweißt werden vor allem dicke Bleche aus un-, niedrig- und hochlegierten Stählen in Wannenlage, Horizontal- oder Querposition.

Die Stromquellen sind Wechsel- und Gleichstromgeräte (+Polung beim Fügen, -Polung beim Auftragen) für Ströme bis zu 1500A und mehr.

/3.01/ Entstehung der Naht beim UP-Schweißen

1. Schweißpulver

2. Pulverrichter

3. Kontackstücke

4. Drahtelektrode

5. Lichtbogen mit Tropfenübergang

6. Grundwerkstoff

7. Wärmeeinflußzone

8. Schmelzbad

9. Erstarrungsfront

10. Schweißnaht

11. feste Schlacke

12. flüssige Schlacke

3.1.2.4) Plasmaschweißen

Plasma ist hier ein hocherhitztes Gas mit hohem Energieinhalt. Der nicht übertragene Lichtbogen brennt zwischen einer Wolframelektrode (minus) und einer Kupferdüse (plus). Die gekühlte Kupferdüse schnürt den Lichtbogen mit Druckgas ein. Der übertragene Lichtbogenwird durch den mit Hochfrequenz gezündetem Hilfslichtbogen erzeugt. Das Werkstück ist wie die Düse Anode. Neben dem Plasmagas (Argon) wird dem Brenner noch Schutzgas zugeführt, das dem Plasmastrahl außerhalb der Düse einschnüren soll. Der Plasmastrahl durchdringt das Werkstück an den Stoßkanten und bildet ein Stichloch. Dahinter fließt der Werkstoff zusammen und bildet die Schweißnaht.

3.1.3) Preßschweißverbindungen

3.2.3.1) Punktschweißen

Strom und Kraft werden durch Punktschweißelektroden übertragen. Die Werkstücke werden an den Stoßflächen nach ausreichendem Erwärmen unter Druck linsenförmig geschweißt. Es kann ein Punkt oder mehrere gleichzeitig geschweißt werden (Einpunktschweißen, Mehrpunktschweißen). Je nach der Stromzufuhr unterscheidet man:

Einseitiges Punktschweißen, wenn der Strom durch nebeneinanderstehende Elektroden von einer Werkstückseite zugeführt wird.

Zweiseitiges Punktschweißen, wenn der Strom durch sich unmittelbar gegenüberstehende Elektroden von beiden Werkstückseiten zugeführt wird.

Bild /3.2.3.1/ zeigt einseitiges und zweiseitiges Punktschweißen

3.2.3.2) Buckelschweißen

Strom und Kraft werden durch Elektroden übertragen. Die Werkstücke berühren sich am vorgefertigten Buckel und werden an dieser Stelle nach ausreichendem Erwärmen unter Druck geschweißt. Der Buckel wird während des Schweißens ganz oder nur teilweise eingeebnet. Auch hier unterscheidet man je nach Stromzufuhr:

Einseitiges Buckelschweißen, wenn der Strom durch nebeneinanderstehende Elektroden von einer Werkstückseite her zugeführt wird.

Zweiseitiges Punktschweißen, wenn der Strom durch sich unmittelbar gegenüberstehende Elektroden von beiden Werkstückseiten zugeführt wird.

Bild /3.2.3.2/ zeigt einseitiges und zweiseitiges Buckelschweißen

Weitere Verfahren der Preßschweißverbindungen sind:

Lichtbogenpreßschweißen

Preßschweißen

Ultraschallschweißen

Der Hauptunterschied der jeweiligen Verfahren liegt in der Wärmezufuhr.

3.2) Nieten:

Nietverbindungen sind durch Schweißverbindungen immer mehr verdrängt worden, weil das Bohren der Löcher und Schlagen der Niete im allgemeinen einen höheren Arbeitsaufwand darstellt. Vorteilhaft ist aber, daß keine ungünstigen Werkstoffbeeinflussungen wie Gefügeumwandlungen und kein Verziehen durch Wärmewirkungen auftreten. Ferner lassen sich auch ungleichartige Werkstoffe miteinander verbinden.

Ein Rohniet besteht aus einem Schaft mit einem Durchmesser d und einem angestauchten Kopf (Setzkopf). Bevorzugt wird ein Halbrundkopf. Niete und Bauteile sollten aus dem gleichen Grundwerkstoff bestehen (Lockerungs-, und Korrosionsgefahr).

Bild /3.2/ zeigt eine Übersicht über gebräuchliche Niete

a) Halbrundniet b) Senkniet c) Halbrundniet d) Senkniet e) Linsenniet f) Flachrundniet

3.2.1) Herstellung einer Nietverbindung:

a) Ausbildung des Loches

b) vor dem Schließen

c) nach dem Schließen eines Halbrundkopfes

3.3) Löten:

Löten ist das Vereinigen von metallischen Werkstoffen durch schmelzende Zulegestoffe (LOTE), deren Schmelzpunkt unter dem der Fügeteilwerkstoffe liegt.

Vorteile:

Es lassen sich verschiedenartige Metalle miteinander verbinden und auch an Stellen, die für andere Verbindungsarten unzugänglich sind. Wegen der relativ niedrigen Arbeitstemperaturen sind Gefügeschädigungen der Fügeteilwerkstoffe oder Zerstörungen metallischer Oberflächenschutzschichten nicht zubefürchten.

Nachteile:

Große Lötstellen sind unwirtschaftlich, da sie erhebliche Mengen des teuren Lotes in Anspruch nehmen. Die Festigkeit von Lötverbindungen ist wesentlich geringer als die von Schweißverbindungen.

Unter dem Schmelzbereich versteht man den Temperaturbereich vom Beginn des Schmelzens bis zur vollständigen Verflüssigung.

Es wird zwischen Weichlöten und Hartlöten unterschieden. Beim Weichlöten schmilzt das Lot unterhalb von ca. 450 °C. Beim Hartlöten oberhalb von ca 450°C.

3.3.1) Weichlöten:

Die überwiegende Anzahl der Weichlote ist auf Zinn- und/oder Bleibasis aufgebaut. Weichlöten und Beschichten mit Weichloten wird üblicherweise unter Verwendung von Flußmitteln vorgenommen. Bei Weichlötverbindungen stehen dichtende und/oder elektrisch leitende Eigenschaften in Vordergrund.

Die wichtigsten Weichlötverfahren sind:

Kolbenlöten: ist das Erwärmen der Lötstelle und das Abschmelzen des Lotes mit einem von Hand oder maschinell geführten Lötkolbens.

Lötbadlöten: Die Verbindungspartner werden in ein Bad aus flüssigem Lot getaucht.

Löten im Glasofen: Das Lötteil wird in der gasbeheizten Ofenkammer erwärmt. Lot und Flußmittel werden vorher dazugegeben.

Flammlöten: Die Erwärmung wird durch die Verbrennung eines Brenngases erzielt. Die Flamme darf jedoch nicht genau auf die mit Flußmittel verwehene Lötstelle gerichtet sein, da sonst eine Flußmittelschädigung erfolgt.

Bild /3.3.1.a/ Flammlöten

a) Werkstück

b) Flußmittel und Lot

c) Flamme

Widerstandslöten: Es wird durch Kontaktgeben und Anlegen einer Spannung an die Lötstelle die beim Stromdurchgang oder -übergang erzeugte Wärme zum Löten benutzt. Für die Erwärmung ist der elektrische Widerstand and den Übergangsstellen und der Elektroden und Werkstücke maßgebend.

Bild /3.3.1.b/ Widerstandslöten

a) Werkstück

b) Lötnaht

c) Elektrode

Weitere Verfahren:

Warmgaslöten

Lichtstrahllöten

Induktionslöten an Luft

Ofenlöten mit Flußmittel

3.3.2) Hartlöten:

Die Hartlote sind überwiegend kupferhaltige, oft auch edelmetallhaltige Nichteisenmetallegierungen. Hartlöten wird üblicherweise unter Verwendung von Flußmitteln vorgenommen. Die Festigkeit hartgelöteter Verbindungen hängt in erster Linie von der lötgerechten Konstruktion und dem angewandten Verfahren ab.

Die wichtigsten Hartlötverfahren sind:

Lotbadlöten: ist das Erwärmen der zu lötenden Teile durch Eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Lot.

Lichtstrahllöten: Hierbei wird die Erwärmung durch Absorption von Strahlung im sichtbaren Bereich erzeugt. Es kann an Luft mit Flußmittel unter Glasabdeckung im Schutzglas oder Vakuum gelötet werden.

Laserstrahllöten: Die Wärme wird durch Absorption energetischer Strahlung erzeugt.

Widerstandslöten: Die Wärme wird durch den elektrischen Widerstand in den zu lötenden Teilen an der Lötstelle erzeugt. Man unterscheidet das direkte und das indirekte Widerstandslöten.

Bild /3.3.2.a/ Direktes Widerstandslöten                  Bild /3.3.2.b/ Indirektes Widerstandslöten

a Werkstück a1 Werkstück

b Lot und Flußmittel a2 Werkstück

c1        Elektrode b Lot und Flußmittel

c2        Gegenelektrode c Kupferelektrode

d1        geformte Elektrodenspitze d Stromquelle

d2        Elektrodenspitze

Weitere Verfahren:

Flammlöten

Lichtbogenlöten

Induktionslöten

Ofenlöten

3.4) Kleben:

Unter Kleben versteht man das Verbinden von Körpern durch Oberflächenhaftung mittels Klebstoff. Klebstoffverbingunen bieten den Vorteil, daß sie wenig Raum und Gesicht erfordern, daß sich die Spannungen an der Verbindungsstele gleichmäßiger als bei anderen Verbindungen verteilen, daß sie dicht halten, korrosionsbeständig sind und die Werkstoffeigenschaften der Verbingungspartner nicht verändern. Als Nachteil ist die geringe Festigkeit gegenüber anderenVerbindungsarten zu erwähnen. Geklebt werden beispielsweise Versteifungen auf Blechwänden, Gebläseräder, Lüfterflügel, Mopedrahmen, Brems- und Kupplungsbeläge.

3.5) Schrauben:

3.6) Stiften:

Stifte dienen zum Verbinden, Befestigen, Mitnehmen, Halten, Zentrieren, Fixieren, Sichern etc. von Maschinenteilen. Ihrer Form nach unterscheidet man grundsätzlich zwischen Zylinderstiften, Kegelstiften und Kerbstiften.

Zylinderstifte werden vorwiegend als Paßstifte zur Lagersicherung zweier Bauteile benutzt. In einem Bauteil müssen sie mit Preßpassung, im anderen mit Gleitpassung sitzten, damit das letzte abgehoben werden kann. Sie dienen jedoch auch als Verbindungs- oder Befestigungsstifte. In die Borhung der zu fügenden Teile werden sie unter Übermaß eingetrieben.

Kegelstifte fixieren die zu fügenden Teile außerordentlich gut. Da die Löcher aufgerieben werden müssen, sind die Verbindungen teuer, so daß man sie möglichst vermeidet. Gegenüber Zylinderstiften ist jedoch ihre fast unbegrenzte Füge- und Lösemöglichkeit von enormen Vorteil.

Kerbstifte ersparen das teure Einpassen der Zylinderstifte. Für die elastischen Kerbwulste gegenüber gebohrten Löcher. Die Wulste lassen ein etwa 25maliges Ein- und Austreiben zu. Die Kerben rufen jedoch Spannungsspitzen hervor, durch die die Verbindung nicht so haltbar sind sie die mit glatten Stiften.

3.7) Klemmen: