Schweißen
Unter Schweißen versteht man gemäß DIN 1910-1 (DIN 1910-1 wurde in weiten Teilen durch DIN ISO 857-1 ersetzt) das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck – ohne oder mit Schweißzusatzwerkstoffen.
Besonders häufig sind Schmelzschweißverfahren zweier meist metallischer Materialien. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren in einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt.
Schmelzschweißen ist Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss ohne Anwendung von Kraft mit oder ohne Schweißzusatz (DIN 1910-2, -4 und -5) Wichtig dabei ist, dass das Material nach seiner Abkühlung nicht andere Eigenschaften hat als vor dem Erhitzen. So kann man unter anderem Metalle, Thermoplaste oder Glas verschweißen.
Beim Schmelzschweißen von Stahl ist zu beachten, dass nur bei einfachen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,22 % C (Festigkeit 500 N/mm²) ohne Weiteres dauerhafte Schweißverbindungen zu Stande kommen. Bei höherfesten und legierten Stählen sind, um Rissbildung und Brüchen vorzubeugen, Zusatzmaßnahmen erforderlich, z. B. Vorwärmen, langsames Abkühlen, Anlassen, Spannungsarmglühen, oder es müssen spezielle Schweißverfahren angewendet werden.
Der Zweck des Schweißens wird unterschieden zwischen Verbindungs- und Auftragsschweißen. Verbindungsschweißen ist Fügen (DIN 8580) eines Werkstückes, z.B. Rohrlängsnaht. Auftragsschweißen ist Beschichten (DIN 8580) eines Werkstückes durch Schweißen. Sind der Grund- und der Auftragswerkstoff artfremd wird unterschieden zwischen: Auftragsschweißen von Panzerungen, Plattierungen und von Pufferschichten.
Feuerschweißen
Dies ist die älteste Form des Schweißens. Dabei werden die zu verbindenden Metalle in der Esse nahezu zum Schmelzen in einen teigigen Zustand gebracht und anschließend durch großen Druck, zum Beispiel durch Hammerschläge, miteinander verbunden. Diese dürfen anfangs nicht zu stark sein, da sonst die zu verbindenden Teile wieder auseinander „geprellt“ werden. Mit Feuerschweißen wurden früher vom Schmied auch Waffen geschmiedet, zum Beispiel Dolche und Schwerter aus Damaszener Stahl.
Gasschmelzschweißen
Siehe Autogenschweißen.
Lichtbogenhandschweißen nach DIN EN ISO 4063:2000-04
Das Elektrodenhandschweißen, kurz E-Handschweißen genannt, ist eines der ältesten Schweißverfahren, das heute noch angewandt wird. Es geht auf die Versuche von Slawjanow zurück, der 1891 als erster anstelle der bis dahin zum Lichtbogenschweißen üblichen Kohleelektroden einen Metallstab verwendete, der gleichzeitig Lichtbogenträger und Schweißzusatz war. Die ersten Stabelektroden waren nicht umhüllt und daher schwierig zu verschweißen. Später wurden die Elektroden mit Stoffen umhüllt, die das Schweißen erleichterten, das Schweißgut schützten und den Prozess metallurgisch beeinflussten. Das erste Patent über eine umhüllte Stabelektrode stammt aus dem Jahr 1908.
Bei diesem Schweißverfahren wird ein elektrischer Lichtbogen, der zwischen einer Elektrode und dem Werkstück brennt, als Wärmequelle zum Schweißen genutzt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird der Werkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Gleichzeitig schmilzt die Stabelektrode als Zusatzwerkstoff ab und bildet eine Schweißraupe. Zur Erzeugung kann Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet werden.
Schweißstromquellen sind: Schweißtrafo, Schweißgleichrichter, Schweißumformer, Schweißinverter.
Stabelelektroden werden als Zusatzwerkstoff beim Lichtbogenschweißen verwendet. Für jede Schweißarbeit gibt es geeignete Elektroden, z.B. für Verbindungs- und Auftragsschweißungen. Aufschluss über die Art, Eigenschaften und Verwendbarkeit einer Elektrode gibt die Elektroden-Kurzbezeichnung, die auf jeder Elektrodenpackung aufgedruckt ist. Die Umhüllung der Elektrode entwickelt beim Abschmelzen Gase, die außer einer Lichtbogenstabilisierung den flüssigen Werkstoffübergang im Lichtbogen von den Einflüssen der umgebenden Luft abschirmen und den Abbrand von Legierungsbestandteilen mindern. Außerdem bildet die abschmelzende Umhüllung Schlacke. Diese ist leichter als flüssiger Stahl und wird auf die Schweißnaht geschwemmt. Dadurch werden eine langsame Abkühlung und somit geringere Schrumpfspannungen erreicht.
Für die Gefährdungsbeurteilung ist der Gesamtschweißrauch zu beachten, u. a. mit den Inhaltsstoffen Titandioxid, Fluoriden, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Eisenoxiden. Wenn möglich ist auf Schutzgasschweißen (s. u.) auszuweichen, denn durch die fehlende Ummantelung der Elektrode werden weniger Chromate freigesetzt.
Für Deutschland gilt: TRK-Werte (Chromate, Nickelverbindungen, Mangan und Fluoride (giftig)) beachten. Die anderen Bestandteile sind belastend und entsprechend (TRGS403, MAK-Werte) zu beurteilen. Untersuchungsgrundsatz G39
Schutzgasschweißen (SG) nach DIN ISO 857-1:2002-11
Metallschutzgasschweißen (MSG) / (MIG / MAG)
Das MIG/MAG-Schweißen ist eines der jüngeren Lichtbogenschweißverfahren. Es stammt aus den USA, wo es 1948 zuerst angewandt wurde. Kurze Zeit später kam es nach Europa. Es wurde zuerst nur mit inerten Gasen oder mit Argon, das nur geringe Mengen an aktiven Bestandteilen (z.B. Sauerstoff) enthielt, angewandt und hieß deshalb abgekürzt SIGMA-Schweißen. Das ist die Abkürzung für "shielded inert gas metal arc". Die Russen verwendeten dann ab 1953 anstelle der teuren Inertgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen, nämlich Kohlendioxid (CO2). Dies war nur möglich, weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die dem beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen Rechnung trugen.
(Metall Inert Gas; Reaktionsträge Gase)/(Metall Aktiv Gas; Aktive Gase) ist ebenfalls ein Lichtbogenschmelzschweißen, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor in veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Gleichzeitig wird die Schweißstelle über eine Düse mit Kohlendioxid oder einem Edelgas (häufig Argon mit ca. 10 l/min, Berechnungsgrundlage pro mm Schweißdraht Durchmesser * 10 l = l/min an einzusetzendem Schutzgas) begast. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, die die Schweißnaht schwächen würde. Der Aktivgasanteil (i. a. CO2) sorgt zum einen für eine bessere Wärmeabfuhr, zum anderen bewirkt er eine leichte Anreicherung des Schweißguts mit Kohlenstoff.
MIG bedeutet Metallinertgasschweißen. Hierbei wird kein Aktivgas, sondern nur ein Inertgas (in der Regel Argon aber auch Helium) zugeführt, um den Luftsauerstoff von der Schweißnaht fernzuhalten. Diese Schutzgase werden benötigt, um hochlegierte Stähle, NE-Metalle und Al-Legierungen zu Schweißen.
Beim Metallaktivgasschweißen (MAG) werden dem Inertgas zusätzliche aktive Gasbestandteile beigemischt, um die Schweißverbindung entsprechend den besonderen technologischen Erfordernissen zu beeinflussen. Das MAG-Schweißverfahren wird bei unlegierten Stählen eingesetzt.
Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
Das WIG-Schweißverfahren stammt aus den USA und wurde dort 1936 unter dem Namen Argonarc-Schweißen bekannt. Erst nach dem 2. Weltkrieg wurde es in Deutschland eingeführt. In den englischsprechenden Ländern heißt das Verfahren TIG nach englisch „Tungsten“ für Wolfram. Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen Schmelzschweißverfahren durch eine Reihe von interessanten Vorteilen aus. Es ist z.B. universell anwendbar. Wenn ein metallischer Werkstoff überhaupt schmelzschweißgeeignet ist, dann lässt er sich mit diesem Verfahren fügen. Zum Anderen ist ein sehr „sauberes“ Verfahren, das kaum Spritzer und nur wenig Schadstoffe erzeugt und bei richtiger Anwendung eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung garantiert. Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweißens ist auch, dass hier gegenüber anderen Verfahren, die mit abschmelzender Elektrode arbeiten, die Zugabe von Schweißzusatz und die Stromstärke entkoppelt sind. Der Schweißer kann deshalb seinen Strom optimal auf die Schweißaufgabe abstimmen und nur so viel Schweißzusatz zugeben, wie gerade erforderlich ist. Dies macht das Verfahren besonders geeignet zum Schweißen von Wurzellagen und zum Schweißen in Zwangslagen. Die genannten Vorteile haben dazu geführt, dass das Verfahren sich besonders gut eignet für Schweißungen von Luft- und Raumfahrtgeräten, Bauteile der Kerntechnik sowie für den chemischen Anlagen und Apparatebau.
Die WIG-Schweißanlage besteht aus einer Stromquelle, die in den meisten Fällen auf Gleich- oder Wechselstromschweißen geschaltet werden kann und einem Schweißbrenner, der mit der Stromquelle durch ein Schlauchpaket verbunden ist. Im Schlauchpaket befinden sich die Schweißstromleitung, die Schutzgaszuführung, die Steuerleitung und bei größeren Brennern der Zu- und Rücklauf des Kühlwassers.
Es gibt zwei Arten den Lichtbogen zu zünden. Die Kontakt- und die Hochfrequenzzündung.
Bei der Kontaktzündung (Streich- oder Anreißzündung) wird ähnlich dem Elektrodenschweißen die Wolframelektrode kurz auf das Werkstück getippt und somit ein Kurzschluss erzeugt. Nach dem Abheben der Elektrode vom Werkstück, brennt der Lichtbogen dann zwischen Wolframelektrode und Werkstück.
Bei der Hochfrequenzzündung, wird mit Hilfe eines Hochfrequenzzünders, der eine extrem hohe Spannung auf die Wolframelektrode gibt, das Gas zwischen Elektrode und Werkstück ionisiert, wodurch der Lichtbogen gezündet wird. Der Hochfrequenzzünder hat eine ungefährliche Stromstärke.
Als Schutzgas werden die inerten Gase Argon und Helium oder ein Gemisch aus beiden verwendet.
Bei der WIG-Schweißung unterscheidet man das Gleichstrom- und Wechselstromschweißen. Das Gleichstromschweißen wird vorwiegend zum Schweißen von legierten Stählen und NE-Metallen und deren Legierungen eingesetzt. Das Wechselstromschweißen wird meist zum Schweißen von Leichtmetallen eingesetzt. In Sonderfällen werden Leichtmetalle auch mit Gleichstrom und mit einer positven Elektrode geschweißt. Dabei werden Spezialschweißbrenner mit einer sehr dicken Wolframelektrode und als Schutzgas Helium verwendet.
WIG-Pulsschweißen
Eine Weiterentwicklung des WIG-Schweißens ist das Schweißen mit pulsierendem Strom. Dabei pulsiert der Schweißstrom zwischen verschieden hohen Stromwerten und mit variablen Frequenzen (Impulszahlen). Die Pulsfrequenz, die Impulsbreite und die Impulshöhe sind getrennt voneinander einstellbar. Das WIG-Pulsen mit variablem Stromverlauf kann nur mit einer besonderen Schweißanlage durchgeführt werden. Es wird vorwiegend in der Mikroschweißtechnik angewandt. Die fein dosierbare Wärmeeinbringung beim WIG-Impulsschweißen ermöglicht eine gute Spaltüberbrückung, eine gute Wurzelschweißung und ein gutes Schweißen in Zwangslagen. Schweißnahtfehler am Nahtanfang und Nahtende, z.B. beim Rohrschweißen, werden vermieden.
Plasmaschweißen (Wolfram-Plasmaschweißen)
Beim Plasmaschweißen dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Plasma ist ein durch einen Lichtbogen hocherhitzes elektrisch leitendes Gas. Im Plasmabrenner wird durch Hochfrequenzimpulse das durchströmende Plasmagas (Argon) ionisiert und ein Hilfslichtbogen (Pilotlichtbogen) gezündet. Dieser brennt zwischen der negativ gepolten Wolframelektrode und der als Düse ausgebildeten Anode und ionisiert die Gassäule zwischen Düse und plusgepoltem Werkstück. Ein berührungsloses Zünden des Lichtbogens ist dadurch möglich. Der für das Schweißen verwendete, übertragene Lichtbogen (Plasmastrahl) wird von einem Schutzgasmantel aus einem Gasgemisch von Argon mit 5 bis zu 7% Wasserstoff umgeben, der die Schmelze vor Oxidation schützt und den Lichtbogen stabilisiert. Die Einengung des Plasmalichtbogens durch die wassergekühlte Kupferdüse zu einer fast zylindrischen Gassäule ergibt eine höhere Energiekonzentration als beim WIG-Schweißen, wodurch hohe Schweißgeschwindigkeiten möglich sind. Der Verzug und die Spannungen sind daher gering. Durch den noch bei geringsten Stromstärken (weniger als 1 A) stabil brennenden Plasmalichtbogen und die Unempfindlichkeit bei Lichtbogenlängenänderungen (Abstand der Düse zum Werkstück) wird das Verfahren auch in der Mikroschweißtechnik eingesetzt. Mit dem Mikroplasmaschweißverfahren (Schweißstrombereich 0,5-15 A) können Bleche mit 0,01 mm noch geschweißt werden. Die Plasmaschweißverfahren werden vorwiegend für das mechanisierte Schweißen eingesetzt.
WIG-Orbitalschweißen
Der Begriff Orbitalschweißen ist eine Abwandlung aus dem lateinischen Wort ORBIS = der Kreis. Die Wortverbindung Orbital und Schweißen soll damit einen Prozess bezeichnen, bei dem der Lichtbogen um einen feststehenden Rundkörper (meist Rohr) geführt wird. Der Ausdruck Orbitalschweißen ist grundsätzlich kein exakt definierter Begriff, wird aber allgemein nur für solche Abläufe benutzt, bei denen sich der Lichtbogen mindestens 360° ohne Unterbrechung um das zu verschweißende Werkstück bewegt. Rein schweißtechnisch gehört das Orbitalschweißen in die Rubrik teilmechanisiertes (WIG-)Schweißen. Da wegen der guten Kontrollierbarkeit des Schmelzbades dieser Prozess praktisch nur mit dem WIG-Verfahren ausgeführt werden kann, gelten natürlich auch nahezu alle für das WIG-Schweißen relevanten Regeln wie z.B. Auswahl der Gase, Sauberkeit, Verschweißbarkeit bestimmter Werkstoffe oder aber auch Erzielbarkeit mechanischer Gütewerte. Orbitalschweißen wird heute überall dort eingesetzt, wo sehr hohe Qualitätsansprüche an die Schweißnaht gestellt werden. Diese Ansprüche beschränken sich aber nicht nur auf Festigkeit bzw. Röntgensicherheit, sondern vor allem auch auf die Ausbildungsform der Naht. So ist die flache, gleichmäßige und mit geringer Rauhigkeit erzielbare Wurzel für viele Anwender primäres Kriterium zum Einsatz des Verfahrens. Es wird deshalb heute bevorzugt in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Chemie
- Pharmazie
- Lebensmitteltechnik
- Biotechnik
- Reinstwasseranlagen
- Halbleiterindustrie
- Luft- und Raumfahrt
Widerstandspressschweißen
Punktschweißen
Das ist ein Verfahren zum Verschweißen von Blechen. Die Bleche (meist zwei, es sind aber auch Dreiblechschweißungen möglich) werden dabei durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst. Durch die Elektroden wird ein Schweißstrom in das Blech eingeleitet. Das Aufschmelzen des Grundwerkstoffes erfolgt an der Stelle des größten elektrischen Widerstands, d.h. in der Regel am Übergang zwischen den Blechen. Die Elektroden sitzen meistens am Ende einer Punktschweißzange oder an Zylindern. Um ein Überhitzen der Elektroden zu vermeiden, wird häufig auf der Innenseite Kühlwasser hindurchgeleitet. Punktschweißen ist ein wichtiges Verfahren zur Verbindung der Karosserieteile im Automobilbau. In letzter Zeit wird alternativ auch das Druckfügen angewandt.
Rollnahtschweißen
Ein Rollnahtschweißgerät funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie Punktschweißen, kann durch die Rollen aber auch kontinuierliche Nähte erzeugen.
Buckelschweißen
Buckelschweißen entspricht im Prinzip dem Punktschweißen, wobei aber in einem der zu verbindenden Bleche eine Vertiefung (Schweißbuckel) eingebracht wurde. Nur dieser Buckel liegt nun auf dem anderen zu verschweißenden Blech auf. Durch die Geometrie des Buckels ist der Bereich des Stromüberganges genau definiert, unabhängig von der Elektrodengeometrie (im Gegensatz zum Punktschweißen). Während des Stromflusses schmilzt der Buckel teilweise auf, drückt das Material des Buckels teilweise in das andere Blech und geht mit diesem eine Verbindung ein.
Kaltpressschweißen
Kaltpressschweißverbindungen erfolgen unter hohem Druck und unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Einzelteile. Hierbei bleiben die Partner im festen Zustand, allerdings ist eine plastische Verformung mit einer starken Annäherung der Kontaktflächen notwendig. Durch die extreme Berührung der beiden Kontaktflächen erfolgt auf Grund von zwischenatomaren Bindekräften eine stabile Verbindung der beiden Werkstücke. Um eine gute Verbindung zu erhalten, sind Mindestverformungen von Materialien mit ausreichender Kaltverformbarkeit notwendig. (Beispiel: Kupfer sowie Aluminium miteinander und untereinander)
In Einzelfällen ist eine Verbindung auch für die dauerhafte Stromleitung geeignet. Hierzu ist eine vorherige Entfettung und ein Aufreißen der oberflächlichen Oxidschicht hilfreich. (Beispiel: Kontaktfahnen bei Becher-Kondensatoren, Alu)
Unter speziellen Randbedingungen wie z.B. im Hochvakuum wurden auch schon Metalle mit Keramiken kaltpressverschweißt.
Reibschweißen
Beim Reibschweißen werden zwei Teile relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung. Am Ende des Reibvorganges ist es von entscheidender Bedeutung, die Teile richtig zueinander zu positionieren und einen hohen Druck auszuüben. Die Vorteile dieses Verfahrens sind, dass die so genannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner ist als bei anderen Schweißverfahren und dass es nicht zur Bildung von Schmelze in der Fügezone kommt.
Rotationsreibschweißen
Das Rotationsreibschweißen ist ein Sonderfall. Dabei werden rotationssymmetrische Bauteile miteinander verschweißt, wobei ein Teil still steht und die Reibungswärme durch Rotation des zweiten Teils erzeugt wird. Weit verbreitet ist die Anwendung, um an Rohre (Bohrgestänge) Verbinder unterschiedlicher Materialgüte anzuschweißen.Außerdem wird dieses Verfahren im Achsenbau angewendet. Eine besondere Schwierigkeit bei der Anwendung ist das schlagartige und Positionsgenaue Anhalten der Beweglichen Spindel.
Ultraschallschweißen
Das Ultraschallschweißen ist ein Verfahren zum Fügen von Kunststoffen. Grundsätzlich können nur thermoplastische Kunststoffe geschweißt werden. Prinzipiell können aber auch Metalle geschweißt werden, was auch z.B. in der Elektrotechnik bei der Verdrahtung von Mikrochips angewendet wird. Wie bei allen anderen Schweißverfahren, muss an der Schweißstelle das Material durch zuführen von Wärme aufgeschmolzen werden. Beim Ultraschallschweißen wird sie durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erzeugt. Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens ist, dass die zum Schweißen notwendige Wärme zwischen den Bauteilen durch Molekular- und Grenzflächenreibung in den Bauteilen entsteht. Somit gehört das Ultraschallschweißen zur Gruppe des Reibschweißens.
Das Ultraschallschweißgerät besteht im Wesentlichen aus den Baugruppen:
- Generator
- Schwinggebilde (Konverter, Amplitudentransformationsstück, Sonotrode)
- Amboss
Erzeugt wird die Ultraschallfrequenz mit Hilfe des Generators. Dieser wandelt die Netzspannung in eine Hochspannung und Hochfrequenz um. Durch ein geschirmtes Kabel wird die elektrische Energie zu einem Ultraschall-Wandler, dem sog. Konverter übertragen. Der Konverter arbeitet nach dem piezoelektrischen Effekt, bei dem die Eigenschaft bestimmter Kristalle, die sich bei angelegtem elektrischen Wechselfeld ausdehnen und zusammenziehen genutzt wird. Hierdurch entstehen mechanische Schwingungen, die über ein Amplitudentransformationsstück auf die Sonotrode übertragen werden. Die Amplitude der Schwingung kann durch das Amplitudentransformationsstück in ihrer Größe beeinflusst werden. Die Schwingungen werden unter Druck auf das Werkstück übertragen, wobei durch Molekular- und Grenzflächenreibung die zum plastifizieren notwendige Wärme erzeugt wird. Durch die örtliche Temperatur beginnt der Kunststoff zu erweichen und der Dämpfungskoeffizient steigt. Die Zunahme des Dämpfungsfaktors führt zu weiterer Wärmeerzeugung, was den Effekt einer sich selbst beschleunigenden Reaktion gewährleistet. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch sehr geringe Schweißzeiten und dadurch oft hohe Wirtschaftlichkeit.
Rührreibschweißen
Rührreibschweißen ist ein Prozess, der dem Rotationsreibschweißen sehr ähnelt, allerdings wurde dieses Verfahren für das Verschweißen von Blechen entwickelt. Die zu fügenden Werkstücke stehen still. Ein rotierender Bolzen reibt so lange an dem zu verbindenden Stoß, bis der Werkstoff (i. d. R. Aluminium) zähflüssig wird. Jetzt fährt der rotierende Bolzen zwischen den beiden Werkstücken hindurch und „verrührt“ das plastifizierte Material (Temp. unterhalb der Schmelztemp.) der beiden Bleche. Das Ergebnis ist eine saubere glatte Schweißnaht mit allen Vor- und Nachteilen des Reibschweißens.
Unterpulverschweißen (UP-Schweißen)
Beim Unterpulverschweißen wird der Schweißprozess von einer Schicht aus körnigem Pulver bedeckt, das beim Aufschmelzen eine Schlacke bildet. Der Lichtbogen brennt dabei in einer gasgefüllten Kaverne unter Schlacke und Pulver. Nach dem Schweißvorgang löst sich die Schlackeschicht oft von selbst ab, das nicht aufgeschmolzene Pulver kann wiederverwendet werden. Besonders vorzuheben ist die weitgehende Emissionsfreiheit dieses Verfahrens, da der Lichtbogen innerhalb der Pulverschicht brennt und nur geringe Mengen Gas freigesetzt werden. Es ist kein Sichtschutz notwendig. Wegen der Abdeckung des Prozesses hat das Verfahren einen hohen thermischen Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil des UP-Schweißens ist, dass die Fehlerquellen sehr gering gehalten werden. Da die Elektrode (Draht von einer "Endlosrolle") unter dem „Schweißsand“ abschmiltzt, muss der Schweißer vor Beginn der Arbeit einen Lichtpunkt- (meistens ein Laser) mit dem Ende des Drahtes parallel einrichten, um genau zu sehen, wo im Moment geschweißt wird. Die Art und Dicke des Drahtes, ist aus der Schweißanweisung des jeweiligen Auftrages zu entnehmen.
Laserstrahlschweißen
Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Blechen eingesetzt. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird i.d.R. ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. Die in den Werkstoff eingekoppelte Energie erzeugt eine Schmelze. Bei hohen Strahlintensitäten (z. B. bei Stahlwerkstoffen ca. 2.000.000 W/cm²) bildet sich im Werkstoff in Strahlrichtung eine Dampfkapillare (Metalldampf, ionisierter Werkstoff) aus, die den Werkstoff in extrem kurzen Zeiten aufschmilzt, wenn der auf die Werkstückoberfläche fokussierte Laserstrahl entlang der Stoßfugen geführt wird. Durch die konzentrierte Energieeinkopplung in den Werkstoff wird der thermisch bedingte Verzug von lasergeschweißten Bauteile gering gehalten. Daher wird dieses Schweißverfahren oftmals zum Fügen von Komponenten zu Fertigungbauteilen eingesetzt (z. B. Gangrad und Synchronring -> Getrieberad).
Häufig verwendete Strahlquellen beim Laserschweißen von Metallen sind der Nd:YAG-Laser (Wellenlänge ca. 1,06 µm) und der CO2-Laser (Wellenlänge ca. 10,6 µm). Dabei ist der Strahl des Nd:YAG-Lasers fasergängig, d.h. er wird über einen LWL bzw. Glasfaserkabel in das Laserschweißwerkzeug geführt. Der CO2-Strahl hingegen wird durch die Luft geführt und über Spiegel an die Schweißstelle gelenkt. Die stetige Weiterentwicklung der Strahlquellen (z.B. Faserlaser u. Scheibenlaser) erlaubt die Verwendung von immer größeren Brennweiten/Arbeitsabständen. Diese Art des Laserschweißens wird dann als Remote-Schweißen bezeichnet.
Auch das Schweißen von Thermoplasten ist möglich. Hierzu benötigt man als Schweißpartner einen lasertransparenten Thermoplasten und einen laserabsorbierenden Partner. Ein lasertransparenter Thermoplast kann durch Dotierung mit Additiven (z. B. Rußpartikeln (ca. 0,3 Gew.-%)) zum absorbierenden Medium werden.
Elektronenstrahlschweißen
Ein Schweißverfahren das Schweißungen an Metallen mit sehr verschiedenen Fließpunkten zulässt. Beim Elektronenstrahlschweißen wird ein gerichteter Elektronenstrahl in einem Vakuumbehälter auf die zu schweißenden Teile gerichtet. Dabei ermöglicht das Verfahren das Schweißen von sehr kleinen Teilen mit sehr dünnen Schweißnähten aber auch Nähte mit sehr großer Nahttiefe.
Aluminothermisches Schweißen
Ein Schweißverfahren – auch unter dem Namen Thermit-Schweißen bekannt – das vor allem beim Verschweißen von Bahnschienen angewandt wird. In einem Tiegel wird eine Mischung aus Eisenoxid und fein verteiltem Aluminium zur Entzündung gebracht, woraus sich durch eine chemische Reaktion bei einer Temperatur von ca. 2450 °C flüssiges Eisen und flüssige Aluminium-Schlacke bildet.
Sprengschweißen
Mit Hilfe des Sprengschweißverfahrens ist es möglich, zwei nichtschweißbare Materialien dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Dabei werden die beiden Schweißflächen, unter Zuhilfenahme von Sprengstoff, mit mindestens 100 m/s unter einem Winkel von 2° bis 30° aufeinanderzu beschleunigt. Die Kollisionsenergie bringt die Schweißpartner bis zur atomaren Ebene zusammen, so dass auch die Gitterkräfte (bei Metallen) wirken. Da die Schmelztemperatur nicht erreicht wird, können sich keine intermateriellen Phasen bilden. In der industriellen Anwendung werden meist zwei, auf konventionelle Weise nichtschweißbare Metallpartner so miteinander verbunden, z. B. Titan und Kupfer. Als Sprengstoffe kommen vorwiegend hochbrisante, plastische PETN-, RDX- und HDX-Sprengstoffe, wie z. B. Semtex (Fa. Explosia) oder Seismoplast (Fa. DynaEnergetic), mit Detonationsgeschwindigkeiten von >5000 m/s zum Einsatz. Durch den Aufprall der Schweißpartner entstehen an den Grenzflächen wellenartige Verwerfungen, die eine formschlüssige Verbindung herstellen.
Arbeitsschutz
Beim Autogenschweißen braucht man nur Schutzgläser, damit keine glühenden Teile oder Funken in die Augen gelangen. Allerdings sind auch die Gläser verdunkelt, damit man die Schweißumgebung besser sieht.
Beim Lichtbogenschweißen entsteht eine gefährliche Ultraviolettstrahlung, die ungeschützte Augen schwer schädigen kann. Deshalb müssen Schutzgläser, die diese Strahlung abschirmen, verwendet werden. Die Schutzklassen für derartige Gläser sind in der Europäischen Norm EN 169 festgelegt. So sind zum Autogenschweißen die Schutzklassen 2 bis 8, für offenes Lichtbogenschweißen dagegen die Klassen 9 bis 16 vorgesehen. Die Schutzgläser tragen eine Beschriftung, die die Eigenschaften des Glases charakterisiert. Die Angabe ist wie folgt: SchutzklasseHerstellerkürzel[opt. Klasse]98DIN Norm.
Da die UV-Strahlung auch die normale Haut schädigt, wird ein Schirm verwendet, der das ganze Gesicht abdeckt. Vor dem eigentlichen fast schwarzen Glas ist meist ein normales Glas, das die Funken abhält und billiger auszutauschen ist. Um beide Hände frei zu haben, kann der Schirm an einem Schutzhelm oder einer auf dem Kopf getragenen Vorrichtung klappbar angebracht werden.
Beim Schweißen entstehen auch giftige Gase und Dämpfe die abgesaugt werden müssen, damit diese nicht in die Lunge des Schweißers gelangen können.
Beim Schweißen müssen auch die sich in der Umgebung befindlichen Personen vor der Strahlung und dem Lärm geschützt werden. Dazu gibt es extra Schweißlamellen- und Schweißervorhänge bzw. Schallschutztrennwandsysteme.
Literatur
- Fachgruppe für die schweißtechnische Ingenieurausbildung: Fügetechnik Schweißtechnik. DVS Verlag, 6. überarb. Auflage 2004, ISBN 3-87155-786-2
- U. Dilthey, A. Brandenburg: Schweißtechnische Fertigungsverfahren. Band 3: Gestaltung und Festigkeit von Schweißkonstruktionen. Springer Verlag, 2. Auflage, 2001, ISBN 3-540-62661-1
- H. Hügel: Strahlwerkzeug Laser. Teubner Studienbücher Maschinenbau, Stuttgart 1992, ISBN 3-519-06134-1
- U. Dilthey (Hrsg.): Laserstrahlschweißen - Prozesse, Werkstoffe, Fertigung, Prüfung. DVS-Verlag, Düsseldorf 2000, ISBN 3-87155-906-7
- H. Schultz: Elektronenstrahlschweißen. Fachbuchreihe Schweißtechnik Band 93. DVS-Verlag, Düsseldorf 2000, ISBN 3-87155-192-9
Siehe auch
Weblinks
- DVS Deutscher Verband für Schweißen u. verwandte Verfahren e.V.
- Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mannheim GmbH
- Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV Duisburg - NL der GSI mbH
- Schweißtechnische Kursstätte Hameln (Weiterführende Erklärung der Schweißverfahren / Umfassendes Linkverzeichnis)
- ZEBRAS e.V. Zentrum für Entwicklung, Beratung und Ausbildung in der Schweißtechnik
- Reibschweißen
- Reibschweißen (Film im mpg-Format)
- www.produktionsforschung.de
- die-roemer-online.de zum Antiken Feuerschweißen
- Gesellschaft für Schweißtechnik International mit Niederlassungen in ganz Deutschland
