Table Of ContentUlrich Dilthey . Schweiß- und Schneidtechnologien
Studium und Praxis
Schweißtechnische
Fe~gungsverfahren
Band 1
Schweiß- und Schneidtechnologien
Zweite Auflage
Prof. Dr. -Ing. Ulrich Dilthey VD I
unter Mitarbeit von
Dipl.-Ing. Markus Grave, Redaktion
Dipl.-Ing. Matthias Dobner
Dr.-Ing. Mark Faerber
Dipl.-Ing. Jörg Grobecker
Dipl.-Ing. Stephan Guhde
Dipl.-Ing. Lothar Jacobskötter
Dipl.-Ing. Udo Marek
Dr.-Ing. W. Janssen
Dr.-Ing. Dieter Maser
Dipl.-Ing. Martin Oster
Dipl.-Ing. Uwe Reisgen
Dipl.-Ing. Lars Stein
Dr.-Ing. Andreas Wem
Dr.-Ing. Heinrich Wietrzniok
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Dilthey, Ulrich:
Schweisstechnische Fertigungsverfahren / Ulrich Dilthey.
Unter Mitarb. von Markus Grave ... - Diisseldorf: VDI-Verl.
(Studium und Praxis)
Friiher u.d. T.: Eichhom, Friedrich: Schweisstechnische
Fertigungsverfahren
Bd. 1. Schweiss-und Schneidtechnologien. - 2. Aufl. - 1994
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994
Urspriinglich erschienen bei VDI-Verlag 1994
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1994
Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollstăndigen photo
mechanischen Wiedergabe (Photokopie, Mikrokopie) und das der Dbersetzung, vorbehalten.
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne
der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wăren und daher von
jedermann benutzt werden diirften.
Herstellung: PRODUserv, Berlin
Datenkonvertierung: Fotosatz-Service Kiihler OHG, Wiirzburg
ISBN 978-3-662-12983-8 ISBN 978-3-662-12982-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-12982-1
Vorwort
zum Kompendium "Schweißtechnische Fertigungsverfahren"
Schweißtechnische Fertigungsverfahren sind in nahezu allen Bereichen der
metallverarbeitenden Industrie unverzichtbar, um aus Einzelteilen Pro
dukte zu fertigen. Dabei stellt die Schweißtechnik eine echte Querschnitts
disziplin dar. Neben Maschinenbau, Elektrotechnik und Elektronik sind
Werkstoffwissenschaften, Konstruktion und Berechnung von großer Be
deutung.
Das Gesamtgebiet der schweißtechnischen Fertigungsverfahren wird in
drei Teilaspekte untergliedert: Technologie, Werkstofftechnik und Kon
struktion. Der Inhalt der drei Bände lehnt sich eng an den Inhalt der
Vorlesung "Schweißtechnische Fertigungsverfahren" an der Rheinisch
Westfälischen Technischen Hochschule Aachen an:
Band 1 "Schweiß- und Schneidtechnologien",
Band 2 "Verhalten der Werkstoffe beim Schweißen",
Band 3 "Gestaltung und Festigkeit von Schweißkonstruktionen" .
Diese in der Buchreihe "Studium und Praxis" erscheinenden drei Bände
wenden sich zum einen an den Studierenden der Fachrichtung Ferti
gungstechnik, um ihm ein Nacharbeiten und eine Vertiefung der Vor
lesungsinhalte zu erleichtern, zum anderen an den Fertigungsingenieur,
den Konstrukteur und den Arbeitsvorbereiter in der Praxis, um ihm einen
komprimierten Überblick über eine komplexer werdende Vielfalt von Tech
nologien und Einrichtungen zu geben. Dabei wurde bewußt zugunsten
eines allgemeinverständlichen Überblickes über das breite Querschnitts
gebiet auf Detailinformationen verzichtet.
Aachen, im Juli 1994 Ulrich Dilthey
Vorwort zum Band 1
Schweiß- und Schneidtechnologien
Schweiß- und Schneidtechnologien haben eine zentrale Bedeutung in der
Fertigungstechnik beim Fügen durch Stoffverbindungen und beim thermi
schen Oberflächen beschichten.
Insbesondere im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde eine Vielzahl heute die
Fertigung beherrschender Schweiß- und Schneidtechnologien entwickelt.
Der vorliegende Band will sowohl dem Studierenden der Fertigungstechnik
als auch dem Ingenieur aus der Praxis einen Überblick über die Vielzahl der
Schweiß- und Schneidtechnologien, ihre Funktionsweisen, die benötigten
Einrichtungen und ihre Einsatzgebiete geben. Dabei werden sowohl die
klassischen, in der industriellen Praxis eingeführten Technologien als auch
die neuen Technologien beschrieben, die zur Zeit zwischen Labor und indu
strieller Anwendung stehen.
Schon auf Grund seines be~renzten Umfanges kann der vorliegende Band
nur einen komprimierten Uberblick geben. Für die detaillierte Beschäf
tigung mit bestimmten Problemstellungen wird auf die einschlägige Fach
literatur verwiesen. Verwendete und vertiefende Literatur zu den jeweiligen
Abschnitten ist im Schrifttumverzeichnis am Schluß des Buches zusammen
gestellt.
Der vorliegende Band entstand unter Mitwirkung meiner wissenschaft
lichen Mitarbeiter, den Herren Dipl.-Ing. M. Grave (Redaktion, Licht
bogenhandschweißen, Wolfram-Inertgasschweißen, Plasmaschweißen, Me
tallschutzgasschweißen und Sonderverfahren), Dipl.-Ing. M. Dobner
(Elektronenstrahlschweißen), Dr.-Ing. M. Faerber (Gasschweißen und
thermisches Trennen), Dipl.-Ing. J. Grobecker (Unterpulverschweißen),
Dipl.-Ing. S. Guhde (Auftragschweißen und formgebendes Schweißen),
Dipl.-Ing. L. Jacobskötter (Laserstrahlschweißen), Dr.-Ing. W. Janssen
(Elektronenstrahlschweißen), Dipl.-Ing. U. Marek (Widerstandspunkt
schweißen), Dr.-Ing. D. Maser (Preßverbindungsschweißen), Dipl.-Ing.
M. Oster (Mechanisierung und Schweißvorrichtungen), Dipl.-Ing. U.
Reisgen (Metallschutzgasschweißen), Dipl.-Ing. L. Stein (Schweißroboter),
Dr.-Ing. A. Wern (Sonderverfahren) und Dr.-Ing. H. Wietrzniok (Eng
spalt-, Elektrogas- und Elektroschlackeschweißen). Er baut auf dem im
Jahre 1983 von meinem Vorgänger am ISF Aachen, Herrn Professor
VIII Vorwort zum Band J
Dr.-Ing. Friedrich Eichhorn, herausgegebenen Band gleichenTitels auf.
Ich bedanke mich bei Herrn Professor Eichhorn, meinen wissenschaftlichen
Mitarbeitern und allen anderen Institutsmitarbeitern, die bei der Abfassung
des Manuskriptes und der Erstellung der Bilder, Skizzen und Diagramme
beteiligt waren.
Zum Zeitpunkt der Herausgabe dieses Bandes besteht als ganz spezifische
Schwierigkeit die derzeitige Übergangssituation von nationalen (DIN)
Normen auf europäische (EN) Normen, die teils schon fertiggestellt sind,
teils zur Zeit beraten werden und teils noch gar nicht in Angriff genommen
wurden. Deshalb danke ich Herrn Dr.-Ing. Friedrich Weyland ganz beson
ders, daß er im Abschnitt 2.6 eine übersichtliche Darstellung über den der
zeitigen Stand der europäischen Normung der Schweißzusätze im Vergleich
zu der bisherigen nationalen Normung gibt.
Aa<:hen, im Juli 1994 Ulrich Dilthey
Inhalt
1 Gasschmelzschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Eingesetzte Gase ............................. 1
1.2.1 Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.2 Brenngase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.3 Flaschenkennung ......................... 3
1.3 Schweißausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.1 Druckminderer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.2 Schweißbrenner .......................... 3
1.4 Flammbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 Ausbildung der Schweißflamme . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.2 Brenngas-Sauerstoff-Mischungsverhältnis . . . . . . . . . . 6
1.4.3 Anpassung der Flammleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Arbeitstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Schweißbare Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6.1 Stähle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6.2 Gußeisen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6.3 Nichteisenmetalle ......................... 8
1.7 Arbeitsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Lichtbogenhandschweißen........................ 10
2.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
2.2 Schweißelektroden ............................ 11
2.3 Schweißausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
2.4 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
2.5 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen. . . . . . . . . .. 15
2.6 Die Europäische Normung für Schweißzusatzwerkstoffe . . .. 15
2.6.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
2.6.2 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
X Inhalt
2.6.3 CEN - Europäisches Komitee für Normung. . . . . . . . 16
2.6.4 Normungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16
2.6.4.1 Vorbereitungen im nationalen Arbeitskreis . . . . . . . . 16
2.6.4.2 Einheitliches Schema der Normbezeichnungen . . . . .. 17
2.6.4.2.1 Schweißverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
2.6.4.2.2 Mechanische Eigenschaften des Schweißgutes . . . . . 18
2.6.4.2.3 Schweißhilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
2.6.4.2.4 Zusätzliche Angaben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
2.6.5 Schweißzusätze für Stähle mit einer Streckgrenze
bis 500 N/mm2, Stand Oktober 1993 . . . . . . . . . . . .. 20
2.6.5.1 Metall-Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20
2.6.5.2 Lichtbogenhandschweißen .................. 21
2.6.5.3 Unterpulverschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23
2.6.5.4 Schweißen mit Fülldrahtelektroden . . . . . . . . . . . .. 25
2.6.5.5 Wolfram-Inertgasschweißen ................. 27
2.6.6 Schweißzusätze für Stähle mit einer Streckgrenze
über 500 N/mm2, Stand Oktober 1993 . . . . . . . . . . .. 27
2.6.7 Schweißzusätze für das Lichtbogenschweißen
von warmfesten Stählen, Stand Oktober 1993 ....... 28
2.6.8 Schweißzusätze für das Lichtbogenschweißen
von hochlegierten Stählen, Stand Oktober 1993 . . . . .. 29
2.6.9 Technische Lieferbedingungen, Stand Oktober 1993 ... 30
2.6.10 Prütbedingungen, Stand Oktober 1993 . . . . . . . . . .. 31
2.6.10.1 Prüfung des Schweißgutes . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
2.6.10.2 Eignungsprüfungen und Zulassungen
(Konformitätsbewertungen) . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
2.6.11 Zusammenfassung und Ausblick. . . . . . . . . . . . . .. 32
3 Unterpulverschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
3.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
3.2 Schweißpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34
3.3 Schweißanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
3.4 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36
3.5 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen. . . . . . . . . .. 38
3.6 Verfahrensvarianten ........................... 38
4 Wolfram-Inertgasschweißen und Plasmaschweißen . . . . . . . .. 43
4.1 Wolfram-Inertgasschweißen ...................... 43
4.1.1 Verfahrensprinzip ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43
4.1.2 Schweißanlage ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
Inhalt XI
4.1.3 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
4.1.4 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen. . . . . .. 49
4.1.5 Verfahrensvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50
4.2 Plasmaschweißen ............................. 51
4.2.1 Verfahrensprinzip ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
4.2.2 Schweißanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54
4.2.3 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55
4.2.4 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen . . . . . . .. 56
4.3 Plasma-MIG-Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58
5 MetaU-Schutzgasschweißen....................... 60
5.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60
5.2 Schutzgase ................................. 62
5.3 Lichtbogenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
5.3.1 Kurzlichtbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
5.3.2 Sprühlichtbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
5.3.3 Rotationslichtbogen ....................... 71
5.3.4 Langlichtbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
5.3.5 Impulslichtbogen ......................... 75
5.4 Schweißanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
5.5 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82
5.6 Zusatzwerkstoffe ............................. 83
5.7 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen. . . . . . . . . .. 84
6 Engspaltschweißen, Elektrogasschweißen
und Elektroschlackeschweißen ..................... 85
6.1 Engspaltschweißen ............................ 85
6.1.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85
6.2 Elektrogasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90
6.2.1 Verfahrensprinzip ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90
6.2.2 Schweißanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92
6.2.3 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93
6.2.4 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen . . . . . .. 94
6.2.5 Verfahrensvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
6.3 Elektroschlackeschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97
6.3.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97
6.3.2 Schweißpulver ........................... 98
XII Inhalt
6.3.3 Schweißanlage .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
6.3.4 Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
6.3.5 Verschweißbare Werkstoffe und Abmessungen. . . . . .. 100
6.3.6 Verfahrensvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 100
7 Preßverbindungsschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 104
7.1 Gaspreßschweißen ............................ 104
7.1.1 Verfahrensprinzip ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 104
7.1.2 Anwendungsbereiche und verschweißbare Werkstoffe .. 105
7.2 Preßstumpfschweißen .......................... 105
7.2.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 105
7.2.2 Anwendungsbereiche und verschweißbare Werkstoffe .. 106
7.3 Abbrennstumpfschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 106
7.3.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 106
7.3.2 Anwendungsbereiche und verschweißbare Werkstoffe .. 110
7.4 Reibschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 111
7.4.1 Verfahrensprinzip .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 111
7.4.2 Anwendungsbereiche und verschweißbare Werkstoffe .. 115
7.4.3 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 120
7.5 Preßschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen . . . . .. 121
7.5.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 121
8 Widerstandsschweißverfahren 126
8.1 Widerstandspunktschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 126
8.1.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 126
8.1.2 Anlagenaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 129
8.1.3 Anwendungsbereiche und verschweißbare Werkstoffe .. 134
8.1.4 Kondensator-Impulsschweißen . . . . . . . . . . . . . . . .. 135
8.2 Buckelschweißen ............................. 137
8.2.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 137
8.2.2 Buckelschweißen mit Kondensator-Impulsschweiß-
maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
8.3 Rollennahtschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 140
8.3.1 Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 140
8.3.2 Verfahrensvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 142