Handbuch der Schweißtechnik: Band III Konstruktive Gestaltung der Bauteile

353 Pages·1985·16.85 MB·German

by  Dr.-Ing. Jürgen Ruge (auth.)

1 Ruge
Handbuch
der SchweiBtechnik
Band III
Konstruktive Gestaltung der Bauteile
Unter Mitarbeit von H. Wosle
Mit 404 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1985
Dr.-Ing. JORGEN RUGE
o. Professor, Direktor des Instituts fur SchweiBtechnik
und Werkstofftechnologie der TV Braunschweig
Dipl.-Ing. HUBERT WaSLE
Akademischer Oberrat an diesem Institut
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen BibJiothek
Ruge, Jiirgen:
Handbuch der SchweiBtechnikf J. Ruge.
Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer
Teilweise mit den Erscheinungsorten
Berlin, Heidelberg, New York
Bd. III. Konstruktive Gestaltung der Bauteile
unter Mitarbeit von H. Wasle. -1985.
ISBN 978-3-642-86970-9 ISBN 978-3-642-86969-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-86969-3
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® Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1985
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nieht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne
der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von
jedermann benutzt werden diirften.
Bindearbeiten: Liideritz & Bauer, Berlin
2362/3020-543210
Vorwort zu Band III
Ein zum SchweiBen geeigneter Werkstoff (Band I), die Wahl des zweckmaBigsten
Fiigeverfahrens und der wirtschaftlichsten Fertigungsmethode (Band II) sind die
Voraussetzungen zur ErsteBung einer guten SchweiBkonstruktion. Mit ihrer kon
struktiven Gestaltung befaBt sich der hiermit vorliegende dritte Band dieses
Handbuches, das demnachst durch einen vierten Band iiber ihre Berechnung
abgeschlossen sein wird.
Die Grundlagen der Gestaltung von SchweiBkonstruktionen sind auch iiber
langere Zeitraume hinweg kaum einem Wandel unterworfen. Es schien daher loh
nend, Gestaltungsbeispiele aus den verschiedensten Fertigungszweigen vorzu
steBen, und zwar nicht, urn fertige L6sungen anzubieten, sondern urn in Form
von Anregungen zu zeigen, wie sich die anforderungsbedingten Gestaltungsprin
zipien auf die jeweils vorliegende Konstruktionsaufgabe iibertragen lassen. Die
Beispiele soBen erkennen lassen, daB die Gestaltung neben der mechanischen,
thermischen oder chemischen Bauteilbeanspruchung auch die gewahlte Ferti
gungsmethode und den Werkstoff beriicksichtigen und daB sie wirtschaftlich sein
muB. Wie man es nicht machen soB, wird an hand von SchadensfaBen demon
striert.
Der dritte Band dieses Handbuches solI wie die beiden ersten Bande und der
folgende vierte dem Ingenieur und insbesondere dem Konstrukteur in der Ent
wicklung und im Betrieb als Informationsquelle dienen. Obgleich nicht als Lehr
buch konzipiert, kann er dariiber hinaus auch Studenten des Maschinenbaus,
der Verfahrenstechnik und des Bauingenieurwesens als Nachschlagewerk von
Nutzen sein.
Braunschweig, im Oktober 1985 J. Ruge
Inhaltsverzeichnis
Einfiihrung
27 Dcr Auftrag
27.1 Auftragsvergabe, Auftragsbestatigung ......................... 1
27.2 Gewahrleistung, Produkthaftung ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
28 Indikationen ffir die geschwei8te, gelOtete und geklebte Konstruktion . . . . . 4
28.1 Indikationen fUr die geschweiBte Konstruktion ................. 4
28.2 Indikationen fUr die ge16tete Konstruktion ..................... 10
28.3 Indikationen fUr die geklebte Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
28.4 Indikationen fUr Verbundkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12
29 Gestaltung von Schwei8konstruktionen .............................. 15
29.1 Aufgaben des Konstrukteurs ................................. 15
29.2 Hilfsmittel zur L6sungsfindung ............................... 17
30 DetailgestaItung von Schwei8verbindungen 18
30.1 Beanspruchungsgerechte Gestaltung ........................... 18
30.1.1 Statische Belastung ................................... 21
30.1.2 Dynamische Belastung ................................ 26
30.1.2.1 Nahtform .................................... 30
30.1.2.2 Nahtqualitat ................................. 33
30.1.2.3 Nachbehandlung des Nahtbereichs .............. 41
30.1.2.4 Abbau von Zugeigenspannungen ................ 43
30.1.2.5 Aufbau von Druckeigenspannungen ............. 46
30.1.2.6 Gefiigeverbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
30.1.2.7 UmgebungseinfluB ............................. 47
30.1.3 NahtausfUhrung fUr statische und dynamische Belastung
der Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
30.1.3.1 Stumpfnaht................................... 48
30.1.3.2 Kehlnaht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
VIII Inhaltsverzeichnis
30.2 Priifgerechte Gestaltung ..................................... 66
30.2.1 Oberflachenzustand ................................... 69
30.2.2 Bauteilgestaltung im Verbindungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . .. 70
30.2.2.1 Zuganglichkeit der Priifflachen .................. 70
30.2.2.2 Priifbarkeit .................................. 70
30.2.2.3 Durchstrahlungspriifung.................. . . . . .. 71
30.2.2.4 Ultraschallpriifung ............................ 74
30.2.2.5 Dichtheitspriifung ........................ . . . . . 76
30.3 Fertigungsgerechte Gestaltung .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
30.3.1 Nahtzuganglichkeit, Nahtausfiihrbarkeit ................. 78
30.3.2 Beriicksichtigung einer Nachbehandlung ................. 79
30.3.2.1 Warmenachbehandlung ........................ 79
30.3.2.2 Spanende Bearbeitung ......................... 80
30.3.3 Fertigungsgerechtes Halbzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83
30.3.4 Beriicksichtigung des SchweiBverfahrens ................. 86
30.3.4.1 GasschweiBen ................................ 86
30.3.4.2 LichtbogenhandschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86
30.3.4.3 SchutzgasschweiBen.................... . . . . . . .. 87
30.3.4.4 Elektroschlacke- und ElektrogasschweiBen ....... 89
30.3.4.5 UP-SchweiBen ................................ 89
30.3.4.6 EngspaltschweiBen... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
30.3.4.7 AbbrennstumpfschweiBen ...................... 92
30.3.4.8 ElektronenstrahlschweiBen (EB) ... . . . . . . . . . . . . .. 95
30.3.4.9 LaserstrahlschweiBen .......................... 96
30.3.4.10 PreBschweiBen mit magnetisch bewegtem Licht-
bogen ...................................... 101
30.3.4.11 ReibschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 102
30.3.4.12 KondensatorentladungsschweiBen, Kondensator-
impuIsschweiBen ............................. 105
30.3.4.13 BolzenschweiBen ............................. 113
30.3.4.14 WiderstandsschweiBen ........................ 117
PunktschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 117
RollennahtschweiBen ....................... 126
BuckeIschweiBen ........................... 126
30.4 Verzugs- und verwerfungsarme Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 132
30.5 Werkstoffgerechte Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
30.5.1 Nahtform und Nahtfuge ............................... 139
30.5.2 VergieBungsart ....................................... 141
30.5.3 Kaltverformung ....................................... 141
30.5.4 Warmebehandelte Teile ................................ 142
30.5.5 Oberflachenbeschichtete Werkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 143
30.5.6 Plattierte Werkstoffe ................................... 143
30.5.7 SchweiBen artverschiedener Werkstoffe ................... 145
Inhaltsverzeichnis IX
30.5.8 Zusatzliche Temperaturbeanspruchung bei Mischverbin-
dungen .............................................. 148
30.5.9 Zugbelastung in Dickenrichtung ........................ 149
30.6 Korrosionsschutzgerechte Gestaltung .......................... 155
30.6.1 Atmosphiirische Korrosion ............................. 156
30.6.2 Lochkorrosion ....................................... 156
30.6.3 Spaltkorrosion ....................................... 157
30.6.4 Beriihrungskorrosion ................................. , 157
30.6.5 Selektive Korrosion ................................... 157
30.6.6 Hochtemperaturkorrosion (Verzunderung) ............... 157
30.6.7 Korrosion an Dreiphasengrenze (Wasserlinienkorrosion) ... 159
30.6.8 SpannungsriBkorrosion ................................ 159
30.6.9 Wasserstoffkorrosion .................................. 161
30.6.10 SchwingungsriBkorrosion .............................. 161
30.6.11 Erosionskorrosion, Kavitationskorrosion ................ 161
30.6.12 Reibkorrosion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 161
30.6.13 Stillstandskorrosion .................................. 161
30.6.14 Saurekondensatkorrosion (Taupunktkorrosion) .......... 161
30.6.15 Tropfenschlagkorrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 161
30.6.16 Beschichtungsgerechte Gestaltung ..................... , 163
30.6.16.1 Gestaltung von Bauteilen fUr metallische Uberziige 164
Schmelztauchen ............................ 165
Homogenes Verbleien ....................... 166
Walzbleiauskleidungen ...................... 168
Thermisches Spritzen ....................... 169
AuftragschweiBen, Plattieren, Auskleiden . . . . .. 171
30.6.16.2 Gestaltung von Bauteilen fUr nichtmetallische
Beschichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 171
Emaillieren ................................ 174
Wirbelsintern von Kunststoffen .............. 174
Flammspritzen von Kunststoffen ............. 175
30.7 Instandhaltungsgerechte Gestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 175
30.8 Mechanisierungs- und automatisierungsgerechte Gestaltung . . . . . .. 176
31 Detailgestaitung von Lotverbindungen ............................... 181
31.1 Weich16ten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 181
31.2 Hartl6ten .................................................. 183
31.3 Hochtemperaturl6ten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 190
32 DetailgestaItung von Klebverbindungen .............................. 192
33 Anwendungsbedingte Besonderheiten der BauteilgestaItung . . . . . . . . . . . . .. 200
33.1 Leichtbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 200
33.1.1 Ausnutzungsgrad ..................................... 201
X Inhaltsverzeichnis
33.1.2 Vermeiden von Spannungsspitzen ....................... 201
33.1.3 Werkstoffausnutzung .................................. 212
33.1.4 Krafteinleitung ....................................... 215
33.1.5 Aul3ermittiger Kraftangriff ............................. 219
33.1.6 Anpassung der Bauteile an die Be1astung ................. 221
33.1.7 Zusatzbeanspruchung durch Wolbbehinderung ............ 222
33.2 Anwendungsbedingte Details ................................. 225
33.2.1 Ansatze fUr Durchgangsschrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 225
33.2.2 Naben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 226
33.2.3 Stangen und Gabelstiicke .............................. 228
33.2.4 Hebel ............................................... 230
33.2.5 Bearbeitungsleisten .................................... 232
33.2.6 Verstarkungen ........................................ 233
33.2.7 Aussteifungen ........................................ 233
33.2.8 Rippen und Quersteifen ............................... 234
33.2.9 Langssteifen ......................................... 241
33.2.10 Stiitzteile ............................................ 246
33.2.11 Standzargen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
33.2.12 Pratzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 250
33.2.13 Kontaktstol3 ......................................... 251
33.2.14 Der geschweil3te Vollwandtrager ....................... 252
33.2.15 Wabentrager ........................................ 256
33.2.16 Kastentrager ........................................ 257
33.2.17 R-Trager. " .................. " ..................... 260
33.2.18 Hohlprofilkonstruktionen ............................. 261
33.2.18.1 Biegesteife Rahmenecken ...................... 270
33.2.18.2 T-Knoten ................................... 273
33.2.18.3 Schwingfestigkeit von Hohlprofilknoten ......... 273
33.2.19 Haken und Transportaugen ........................... 277
33.2.20 Elemente aus dem RohrIeitungsbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 279
33.2.20.1 Formabweichungen ........................... 280
33.2.20.2 Verbindungsformen .......................... 282
Losbare Verbindungen ...................... 282
Un16sbare Verbindungen .................... 285
33.2.20.3 Dehnungsausgleicher.......................... 286
33.2.20.4 Formstiicke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 289
Ubergangsstiicke bei Durchmesserunterschieden 290
Rohrbogen, Rohrkriimmer .................. 291
Rohrabzweige, Hosenrohre .................. 292
33.2.20.5 Stutzenanschliisse ............................ 295
Unverstarkte Stutzenanschliisse .............. 296
Verstarkte Stutzenanschliisse ................. 296
33.2.20.6 NippeI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 296
33.2.21 Einschweil3en von Rohren in Boden ... . . . . . . . . . . . . . . . .. 300
33.2.22 Gasdichte geschweil3te Kesselwand ..................... 306
33.2.23 Vakuumbehalter- und Vakuumanlagenbau .............. 307
Inhaltsverzeichnis XI
34 Konstruktionsbedingte Schadensfiille ................................ 310
34.1 Einleitung.................................................. 310
34,2 Schadensfalle .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 311
34.2.1 Falsch angeordnete SchweiBnaht ........................ 311
34.2.2 Torsionsgestange mit Montagenocken ................... 311
34.2.3 Kolbenstange eines Hydraulikzylinders ................... 313
34.2.4 GeschweiBte Fachwerkbinder ........................... 314
34.2.5 Turmdrehkran ........................................ 315
34.2.6 Fahrzeuglangstrager .................................. 318
34.2.7 Stahlbeton-Fertigteilstiitze ............................. 320
34.2.8 KonsolenanschluB an einem Drehrohrofen ............... 321
34.2.9 Kessel- und Behalterbau ............................... 323
34.3 Zusammenfassende Bewertung der Schadensanalyse .............. 324
Literaturverzeichnis ................................................. 325
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 336