Schweißtechnik: Verfahren und Werkstoffe

239 Pages·1988·6.014 MB·German

by  Hans Joachim Fahrenwaldt (auth.)

Hans J. Fahrenwaldt
Schweißtechnik
.----Aus dem Programm----------------
Fertigungstechnik
Werkzeugmaschinen, von B. Perovic
Wirtschaftliche Fertigungstechnik, von H. Raab
Umformtechnik, von K. Grüning
Zerspantechnik, von E. Paucksch
Schweißtechnik
von H. J. Fahrenwaldt
Spanlose Fertigung, von E. Semlinger
Meß- und Prüft echnik, von M. Naumann
Fertigungsmeßtechnik, von E. Lemke
Vieweg ----------------------"
J.
Hans Fahrenwaldt
Schweißtechnik
Verfahren und Werkstoffe
Mit 160 Abbildungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Fahrenwaldt, Hans J. :
Schweißtechnik: Verfahren u. Werkstoffel
Hans J. Fahrenwaldt.
(Viewegs Fachbücher der Technik)
ISBN 978-3-528-04478-7 ISBN 978-3-663-13945-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-13945-4
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1988
Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1988
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Umschlag: Hanswerner Klein, Leverkusen
Satz: Satzstudio Frohberg, Freigericht
ISBN 978-3-528-04478-7
v
Vorwort
Das Schweißen ist nach wie vor das wichtigste Fügeverfahren. Eine große Zahl neuer, oft
für besondere Anwendungsfälle entwickelte Verfahren ergänzt die klassischen Schweiß
verfahren; viele ältere Verfahren sind dafür in den Hintergrund getreten, wurden durch
wirtschaftlichere verdrängt.
Das vorliegende Buch soll in der Nachfolge der von A. Puhrer 1968 im Verlag Fr. Vieweg
& Sohn veröffentlichten "Schweißtechnik" die wichtigsten Verfahren des Schweißens,
Lötens und Klebens in ihrem derzeitigen Entwicklungsstand und aktueller Anwendung
vorstellen. Ergänzt wird diese Darstellung wie heute allgemein üblich durch die wichtig
sten Verfahren des Thermischen Trennens und das Thermische Spritzen.
Grundlage des Manuskripts ist die vom Verfasser an der Fachhochschule für Technik und
Wirtschaft Reutlingen gehaltene Vorlesung "Fügetechnik". Die Vorgaben des Verlags ver
langten an manchen Stellen eine Straffung des Stoffs, teilweise auch eine andere Schwer
punktsetzung im Hinblick auf den anzusprechenden Leserkreis und mit Rücksicht auf
weitere Buchprojekte des Verlags.
Für interessante Gespräche und Hinweise bin ich meinen Kollegen Prof. Dipl.-Ing. K.
Schekulin und Prof. Dr.-Ing. G. Obieglo zu Dank verpflichtet. Herrn SFI Dipl.-Ing. (FH)
C. Schult (FH Reutlingen) und Herrn Lehrschweißer E. Trost (BBZ Tübingen) danke ich
für die kritische Durchsicht des Manuskripts, ebenso Frau H. Federschmid für das sorg
fältige Schreiben der Reinschrift. Dem Verlag und seinen mit diesem Buch befaßten
Mitarbeitern habe ich für die gute Zusammenarbeit und die ansprechende Ausstattung
des Buches zu danken.
Hans Joachim Fahrenwaldt
Stuttgart, im Juni 1988
VI
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Verfahren des Schmelzschweißens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Gasschmelzschweißen ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Metall-Lichtbogenschweißen ............................. 16
2.2.1 Die Vorgänge im Lichtbogen ......................... 16
2.2.2 Schweißstromquellen .............................. 22
2.2.3 Das Lichtbogenhandschweißen (LBH) ................... 32
2.2.4 Schwerkraft-und Federkraftlichtbogenschweißen ........... 41
2.2.5 Unter-Schiene-Schweißen ........................... 42
2.2.6 Unterpulver-Schweißen (UP) ......................... 42
2.3 Schutzgasschweißen (SG) ............................... 47
2.3.1 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) ..................... 47
2.3.2 Wolfram-Wasserstoff-Schweißen (WHG) .................. 52
2.3.3 Metall-Schutzgasschweißen (MSG) ..................... 53
2.3.4 Plasma-Schweißen (WP) ............................ 63
2.4 Gießschmelzschweißen (AS) 68
2.5 Elektronenstrahlschweißen (EBW) ......................... 69
2.6 LASER-Schweißen (LA) ................................ 72
2.7 Lichtstrahlschweißen (LI) ............................... 76
2.8 Elektroschlackeschweißen (RES) 77
3 Verfahren des Preßschweißens ................................ 79
3.1 Widerstandspreßschweißen .............................. 79
3.1.1 Punktschweißen (RP) .............................. 80
3.1.2 Preßstumpf- und Abbrennstumpfschweißen ............... 86
3.1.3 Induktives Widerstandspreßschweißen (RI) .......... . . . . .. 89
3.2 Gaspreßschweißen (GP) ................................ 89
3.3 Lichtbogenpreßschweißen ............................... 89
3.3.1 Bolzenschweißen ................................. 89
3:3.2 Preßschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen (MBP) .... 91
3.4 Diffusionsschweißen (D) ................................ 92
3.5 Reibschweißen (FR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
3.6 Kaltpreßschweißen (KP) ................................ 96
3.7 Sprengschweißen (S) .................................. 97
3.8 Ultraschallschweißen (US) .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
Inhaltsverzeichnis VII
4 Werkstoffe und Schweißen .................................. 100
4.1 Stahl und Eisen ...................................... 100
4.1.1 Die Beeinflussung des Grundwerkstoffs durch das Schweißen .... 100
4.1.2 Allgemeine Baustähle nach DIN 17 100 .................. 108
4.1.3 Schweißbare Betonstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 110
4.1.4 Feinkornbaustähle ................................ 110
4.1.5 Niedriglegierte Stähle .............................. 115
4.1.6 Hochlegierte Stähle ............................... 117
4.1.7 Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe ...................... 123
4.1.8 Schweißverbindungen von unterschiedlichen Metallen . . . . . . . .. 127
4.1.9 Schweißfehler ................................... 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 Molybdän und Molybdänlegierungen .................... 144
5 Mechanisierung und Automatisierung 146
6 Wirtschaftlichkeit des Schweißens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 150
7 Schweißkonstruktionen 154
8 Löten 164
9 Metallkleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......... , 171
10 Kunststoffschweißen 178
11 Thermisches Trennen 186
12 Thermisches Spritzen 197
Anhang .................................................. 203
DVS-Merkblätter ......................................... 203
DIN-Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 212
ISO-Normen ............................................ 224
VDI-Merkblätter und -Richtlinien .............................. 226
DASt-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 226
DIN ISO .............................................. 226
Weiterftihrende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 227
Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 229
1
1 Einleitung
Das Schweißen zählt systematisch zu den Fügetechniken. In DIN 8953 sind die Ver
fahren des Fügens in sechs Gruppen geordnet, Bild t.t. Die Gruppe 4.6, Stoffverbin
den, unterscheidet nach drei Untergruppen in
Schweißen,
Löten und
Kleben, Leimen, Kitten.
Alle dort genannten Verfahren zählen zu den unlösbaren, stoffschlüssigen Verbindun
gen.
Die Abgrenzung der unlösbaren Verbindungen zueinander erfolgt für die drei wich
tigsten Verfahren zweckmäßig über deren Definition wie folgt:
Schweißen ist das unlösbare Vereinigen von Grundwerkstoffen (Verbindungsschwei
ßen) oder das Beschichten eines Grundwerkstoffes (Auftragschweißen)
unter Anwendung von Wärme oder von Druck oder von beidem, mit oder
ohne Zusatzwerkstoffe.
Löten ist das Verbinden metallischer Werkstücke 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 Flußmitteln gearbeitet.
Kleben ist das Fügen zweier Teile unter Verwendung eines Klebstoffs, d.h. eines
nichtmetallischen Werkstoffs, der die Fügeteile durch Oberflächenhaftung
(Adhäsion) sowie zwischen- und innermolekulare Kräfte im Kleber
(Kohäsion) miteinander verbindet.
Das wichtigste Verfahren davon ist derzeit das Schweißen. Je nach Art des zu verbin
denden Grundwerkstoffes, dem Zweck des Schweißens oder der Art der Fertigung
können weitere systematische Unterteilungen vorgenommen werden.
Das sogenannte "Schweißtechnische Dreieck" umreißt den Problemkreis der
Schweiß technik, Bild 1.2. Es verdeutlicht, daß der Werkstoff, die Konstruktion und
die Fertigung beim Schweißen aufeinander abgestimmt sein müssen, wenn die
"Schweißbarkeit des Bauteils" gegeben sein soll. DIN 8528 Teilt definiert diesen Be
griff wie folgt:
Die Schweißbarkeit eines Bauteils aus metallischem Werkstoff ist vorhanden, wenn
der Stoffschluß durch Schweißen mit einem gegebenen Schweißverfahren bei Be
achtung eines geeigneten Fertigungsablaufs erreicht werden kann. Dabei muß die
Schweißung hinsichtlich ihrer örtlichen Eigenschaften und ihres Einflusses auf die
Konstruktion, deren Teile sie sind, die gestellten Anforderungen erfüllen.
Fertigungsverfahren
Hauptgruppe 1 Hauptgruppe 2 Hauptgruppe 3 Hauptgruppe 4 Hauptgruppe 5 Hauptgruppe 6
·Stoffeigen-
Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten
schaftändern
I
I I I I I I I
... ... ... ...
Gruppe 4.6 Gruppe 4.7 Gruppe 4.8
Fügen mit
Fügen durch Fügen durch
Haftmittel
Schweißen Löten
(Kleben)
DIN 8505
Untergruppe Untergruppe Untergruppe
4.6.1 4.7.1 4.8.1
Kleben
Preßschweißen Weichlöten im engeren
Sinne
DIN 1910 DIN 8505
Untergruppe Untergruppe Untergruppe
4.6.2 4.7.2 4.8.2
Schmelz-
Hartlöten Leimen
schweißen
DIN 1910 DIN 8505
Untergruppe Untergruppe
4.7.3 4.8.3
Hoch-
temperatur- Kleistern
löten
DIN 8505
Untergruppe
4.8.4
Kaschieren
Untergruppe
4.8.5
Kitten
Bild 1.1 Untergruppe
4.8.6
Einordnung des "Fügens" in die Verfahren der Fertigungs-
technik (nach DIN 8953) Vergießen
unter
Entstehung
eines
Haftschlusses