Table Of ContentHans J. Fahrenwaldt
Schweilltechnik
Aus dem ProgramDl _________
Fertigungstechnik
VVerkzeugmoaschioen
von B. Perovic
Umformtechnik
von K. Grtining
Zerspantechnik
von E. Paucksch
SchweiBtechnik
von Hans J. Fahrenwaldt
SchweiBtechnisches Konstruieren und Fertigen
von V. Schuler (Hrsg.)
SpanJose Fertigung
von E. Semlinger
Fertigungsme8technik
vonE.Lemke
Handbuch der Fertigungs- und Betriebstechnik
von W. Meins (Hrsg.)
Arbeitshilfen und Formeln ffir das technische Studium
Band 3: Fertigung
von A. Boge (Hrsg.)
Vieweg----________________________
~
Hans J. Fahrenwaldt
Schwei8technik
Verfahren und WerkstotTe
Mit 162 Abbildungen
3., verbesserte Auflage
I I
Vleweg
1. Auflage 1988
2., ilberarbeitete Auflage 1992
3., verbesserte Auflage 1994
AIle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1994
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Umschlaggestaltung: Klaus Birk, Wiesbaden
Satz: Satzstudio Frohberg, Freigericht
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich
Gedruckt auf siiurefreiem Papier
ISBN-13: 978-3-528-24478-1 e-ISBN-13: 978-3-322-86208-2
DOl: 10.1007/978-3-322-86208-2
v
Vorwort zur 2. Auflage
Das SchweiRen ist nach wie vor das wichtigste Fugeverfahren. Eine groRe Zahl neuer,
oft fur besondere Anwendungsfalle entwickelte Verfahren erganzt die klassischen
SchweiRverfahren; viele altere Verfahren sind dafur in den Hintergrund getreten, wur
den durch wirtschaftlichere verdrangt.
Das nunmehr in der 2. Auflage vorliegende Buch stellt die wichtigsten Verfahren des
SchweiRens, L6tens und Klebens in ihrem derzeitigen Entwicklungsstand und aktueller
Anwendung vor. Erganzt wird diese Darstellung wie heute allgemein ublich durch die
wichtigsten Verfahren des Thermischen Trennens und das Thermische Spritzen.
Gegenuber der 1. Auflage wurden verschiedene sprachliche Ungenauigkeiten bereinigt
und die bekannt gewordenen Fehler korrigiert; auch wurden im Abschnitt "Laserschwei
Ren" die physikalischen Grundlagen uberarbeitet. Die Normung auf dem Gebiet des
SchweiRens und Schneidens im CEN war zum Zeitpunkt der Oberarbeitung dieses
Buchs noch nicht zum AbschluR gekommen; die meisten Normen lagen erst als Ent
wiirfe vor. Es wurde daher darauf verzichtet, die im Text erwahnten Normen und die
bislang genormten Bezeichnungen zu andern. Die im Anhang zusammengestellten
Normen und Richtlinien wurden aber dem neuesten Stand angepaRt.
Ich danke fur die wohlwollende Kritik aus dem Kreis der Leser; fur weitere Hinweise
und Anregungen zur Ausgestaltung des Buchs bin ich dankbar. Dem Verlag Vieweg
gebuhrt mein Dank fur das Entgegenkommen bei den Vorarbeiten zu dieser Auflage.
Stuttgart, im Marz 1992 Hans Joachim Fahrenwaldt
VI
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ............................................. 1
2 Verfahren des SchmelzschweiSens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 GasschmelzschweiBen ........ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Metall-LichtbogenschweiBen ............................. 16
2.2.1 Die Vorgange im Lichtbogen ......................... 16
2.2.2 SchweiBstromquellen .............................. 22
2.2.3 Das LichtbogenhandschweiBen (E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
2.2.4 Schwerkraft- und FederkraftlichtbogenschweiBen ........... 41
2.2.5 Unter-Schiene-SchweiBen ........................... 42
2.2.6 Unterpulver-SchweiBen (UP) ......................... 42
2.3 SchutzgasschweiBen (SG) ............................... 47
2.3.1 Wolfram-InertgasschweiBen (WIG) ..................... 47
2.3.2 Wolfram-Wasserstoff-SchweiBen (WHG) .................. 52
2.3.3 Metall-SchutzgasschweiBen (MSG) ..................... 53
2.3.4 Plasma-SchweiBen (WP) ............................ 63
2.4 GieBschmelzschweiBen (AS) ............................. 68
2.5 ElektronenstrahlschweiBen (EB) ........................... 69
2.6 LASER-SchweiBen (LA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72
2.7 LichtstrahlschweiBen (LI) ............................... 76
2.8 ElektroschlackeschweiBen (RES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
3 Verfahren des PreBschweiBens ................................ 79
3.1 WiderstandspreBschweiBen .............................. 79
3.1.1 PunktschweiBen (RP) .............................. 80
3.1.2 PreBstumpf-und AbbrennstumpfschweiBen ............... 86
3.1.3 Induktives WiderstandspreBschweiBen (RI) ...... . . . . . . . . .. 89
3.2 GaspreBschweiBen (GP) ................................ 89
3.3 Lichtbogen preBschweiBen ............................... 89
3.3.1 BolzenschweiBen ................................. 89
3.3.2 PreBschweiBen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen (MBP) .... 91
3.4 DiffusionsschweiBen (D) ................................ 92
3.5 ReibschweiBen (FR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
3.6 KaltpreBschweiBen (KP) ................................ 96
3.7 SprengschweiBen (S) .................................. 97
3.8 UltraschallschweiBen (US) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
Inhaltsverzeichnis VII
4 Werkstoffe und SchweiBen .................................. 100
4.1 Stahl und Eisen ...................................... 100
4.1.1 Die Beeinflussung des Grundwerkstoffs durch das SchweiBen .... 100
4.1. 2 Allgemeine Baustahle nach EN 10 025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 108
4.1.3 SchweiBbare Betonstahle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 110
4.1.4 Feinkornbaustahle ................................ 110
4.1.5 Niedriglegierte Stiihle .............................. 115
4.1.6 Hochlegierte Stahle ............................... 117
4.1.7 Eisen-Kohlenstoff-Gugwerkstoffe ...................... 123
4.1.8 Schweigverbindungen von unterschiedlichen Metallen . . . . . . . .. 127
4.1.9 Schweigfehler ................................... 130
4.2 Nichteisenmetalle .................................... 136
4.2.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen .................. 136
4.2.2 Kupfer und Kupferlegierungen ........................ 138
4.2.3 Nickel und Nickellegierungen ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 140
4.2.4 Titan und Titanlegierungen .......................... 144
4.2.5 Molybdan und Molybdanlegierungen .................... 144
5 Mechanisierung und Automatisierung 146
6 Wirtschaftlichkeit des Schwemens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 150
7 Schwemkonstruktionen 154
8 Loten ................................................ 164
9 Metallkleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 71
10 Kunststoffschwemen 178
11 Thermisches Trennen 186
12 Thermisches Spritzen 197
Anhang .................................................. 203
DVS-Merkbliitter ......................................... 203
DIN-Normen ........................................... . 213
DIN ISO-Normen 224
ISO-Normen ........................................... 225
VDI-Merkblatter und -Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 227
DASt-Richtlinien 227
Weiterftihrende Literatur 228
Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 230
1
1 Einleitung
Das SchweiBen z1ihlt systematisch zu den Fiigetechniken. In DIN 8953 sind die Ver
fahren des Fiigens in sechs Gruppen geordnet, Bild 1.1. Die Gruppe 4.6, Stoffverbin
den, unterscheidet nach drei Untergruppen in
SchweiBen,
Loten und
Kleben, Leimen, Kitten.
Alle dort genannten Verfahren z1ihlen zu den unlosbaren, stoffschliissigen Verbindun
gen.
Die Abgrenzung der unlosbaren Verbindungen zueinander erfolgt fiir die drei wich
tigsten Verfahren zweckm1iBig iiber deren Definition wie folgt:
SchweiBen ist das unlosbare Vereinigen von Grundwerkstoffen (Verbindungsschwei
Ben) oder das Beschichten eines Grundwerkstoffes (AuftragschweiBen)
unter Anwendung von Warme oder von Druck oder von beidem, mit oder
ohne Zusatzwerkstoffe.
Loten ist das Verbinden metallischer Werkstiicke mit Hilfe eines geschmolzenen
Zusatzmetalls (Lots), dessen Schmelztemperatur unterhalb derjenigen der
zu verbindenden Grundwerkstoffe liegt.
Die Grundwerkstoffe werden nicht aufgeschmolzen, sondern nur be
netzt. Gegebenenfalls wird mit FluBmitteln gearbeitet.
Kleben ist das Fiigen zweier Teile unter Verwendung eines Klebstoffs, d.h. eines
nichtmetallischen Werkstoffs, der die Fiigeteile durch Oberfl1ichenhaftung
(Adh1ision) sowie zwischen- und innermolekulare Krafte im Kleber
(Kohasion) miteinander verbindet.
Das wichtigste Verfahren davon ist derzeit das SchweiBen. Je nach Art des zu verbin
denden Grundwerkstoffes, dem Zweck des SchweiBens oder der Art der Fertigung
konnen weitere systematische Unterteilungen vorgenommen werden.
Das sogenannte »SchweiBtechnische Dreieck" umreiBt den Problemkreis der
SchweiBtechnik, Bild 1.2. Es verdeutlicht, daB der Werkstoff, die Konstruktion und
die Fertigung beim SchweiBen aufeinander abgestimmt sein miissen, wenn die
»SchweiBbarkeit des Bauteils" gegeben sein solI. DIN 8528 Teill definiert dies en Be
griff wie folgt:
Die SchweiBbarkeit eines Bauteils aus metallischem Werkstoff ist vorhanden, wenn
der StoffschluB durch SchweiBen mit einem gegebenen SchweiBverfahren bei Be
achtung eines geeigneten Fertigungsablaufs erreicht werden kann. Dabei muB die
SchweiBung hinsichtlich ihrer ortlichen Eigenschaften und ihres Einflusses auf die
Konstruktion, deren Teile sie sind, die gestellten Anforderungen erfiillen.
I
Fertigungsverfahren
Hauptgruppe 1 Hauptgruppe 2 Hauptgruppe 3 Hauptgruppe 4 Hauptgruppe 5 Hauptgruppe 6
Stoffeigen-
Urformen Umformen Trennen Fiigen Beschichten
schaftiindern
I
I I I I I I I
... ...
Gruppe 4.6 Gruppe 4.7 Gruppe 4.8
'" '"
Fugen mit
Fugen durch Fugen durch
Haftmittel
SchweiBen Loten
(Kleben)
DIN 8505
I I
Untergruppe Untergruppe Untergruppe
4.6.1 4.7.1 4.8.1
Kleben
PreBschweiBen Weichloten im engeren
Sinne
DIN 1910 DIN 8505
Untergruppe Untergruppe Untergruppe
4.6.2 4.7.2 4.8.2
Schmelz-
Hartloten Leimen
schweiBen
DIN 1910 DIN 8505
Untergruppe Untergruppe
4.7.3 4.8.3
Hoch-
temperatur- Kleistern
loten
DIN 8505
Untergruppe
4.8.4
Kaschieren
Untergruppe
4.8.5
Kitten
Bild 1.1 Untergruppe
4.8.6
Einordnung des "Fiigens" in die Verfahren der Fertigungs-
technik (nach DIN 8953) VergieBen
unter
Entstehung
eines
Haftschlusses
1 Einleitung 3
Werkstoff
/ \
,-&/ -. ~~~
Schweill-
,1' ""
barkeit ./ ~1 -
,.;:- des./
/~ ~\ Bild 1.2
Das SchweiBtechnische Dreieck
(nach von Hofe)
Verfahren--Schweillmoglichkeit --Kons truktion
Die drei EinfluBgroBen Werkstoff, Konstruktion und Verfahren beeinflussen sich ge
genseitig im Sinne eines technischen Systems, d.h. wird eine GroBe verandert, so ist
dies von EinfluB auf die beiden anderen GroBen. Die genannten GroBen werden durch
die Eigenschaften:
SchweiBeignung,
SchweiBsicherheit und
SchweiBmoglichkeit
miteinander verknupft.
Die SchweiBeignung bezieht sich auf den Werkstoff. Sie ist gegeben, wenn der fur die
Konstruktion vorgesehene WerkstofJ mit einem ganz bestimmten Verfahren ohne
wesentliche Beeintrachtigung der Eigenschaften geschweiBt werden kann.
Durch SchweiBen konnen Verbindungen geschaffen werden, die in der SchweiBnaht
die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie sie der Grundwerkstoff zeigt. Eine Ausnah
me bildet dabei derzeit noch die Dauerschwingfestigkeit, deren Werte in allen Fiillen
fur die SchweiBnaht unter denen des Grundwerkstoffs liegen. Fur die Stahle stehen in
den meisten Fallen geeignete SchweiBverfahren zur Verfugung; auch die klassischen
GuBwerkstoffe konnen heute in vielen Fallen zuverlassig geschweiBt werden. Abgese
hen von Legierungen mit besonderen Eigenschaften wird das SchweiBen von NE
Metallen ebenfalls beherrscht.
Der Werkstoff wird beim SchweiBen durch die eingebrachte Warme beeinfluBt. Die
dadurch u. U. eintretende Anderung der Gebrauchseigenschaften ist besonders zu be
riicksichtigen. Beim SchweiBen von Stahlen ist beispielsweise zu achten auf die Nei
gung zu Alterung, Aufhartung und Ausbildung von Sprodbriichen; von EinfluB ist
weiterhin das Seigerungsverhalten und die Anisotropie der Eigenschaften.
Eine "sichere" SchweiBkonstruktion liegt dann vor, wenn die SchweiBverbindungen
einer Konstruktion im Betrieb weder versproden, noch brechen oder Risse bilden.
Zum anderen muB die SchweiBkonstruktion unter der Einwirkung der Belastung
funktionsfahig bleiben. SchweiBsicherheit ist also definitionsgemaB eine GroBe, die
von Werkstoff und Konstruktion beeinfluBt wird.
