Praktisches Handbuch der Lichtbogenschweissung PDF
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Dag Du Rietz·Helmut Koch Praktisches Handbuch der Lichtbogenschweissung Third Edition PRAKTISCHES HANDBUCH DER LICHTBOGENSCHWEISS UNG von Ingenieur KTH. DAG DU RIETZ, Stockholm und Dr.-Ing. HELMUT KOCH·, Hannover Dozent an der Techmschen Hochschule Hannover 3. u n v e r ä n d e r l e A u f I a g c M1t 197 Abbddungen Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1948 Dei: schwedische Ongmaltltellautet .Prakt1sk Handbok 1 Bägsvetsn1ng Genehm1gt für den Gebrauch 1n Schulen durch Contra! Comm1ssi"on for Germany (B.E.) ISBN 978-3-663-19846-8 ISBN 978-3-663-20183-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-20183-0 Softcoverreprint ofthe hardcover 3rd edition 1948 Alle Rechte vorbehalten Dr.uck. Schloßbuchdruckerei Braunschwe1g VORWORT ZUR ZWEITEN AUFLAGE Die erste Auflage dieses Buches ist im Jahre 1939 entstanden aus dem schwedischen Werk· ,.Praktlsk Handbok i Bagsvetsning'' (Praktisches Handbuch der Lichtbogenschweißung) von Dag Du Rietz. Obgleich Im deutschen Schrifttum eine Reihe bewährter Darstellungen aus diesem Fachgebiet vorlagen, erschien eme Ubertragung der Arbeit des schwe dischen Fachgenossen wünschenswert, der auf verschiedenen Sonder gebieten wertvolle Forschungsarbeit geleistet hat. Erwies sich schon damals eme weitgehende Neufassung des deutschen Textes als zweckmäßig, so wurde das Buch für die zweite Auflage erneut emer gründlichen Uberarbeitung unterzogen. Der schnellen Weiter entwicklung der Lichtbogenschweißung wurde m Jeder Hinsicht Rech nung getragen. Neu entwickelte Schweißverfahren wurden in die Dar. stellung einbezogen. Eimge Abschnitte, so vor allem die ,.Maschrnen und Geräte für die Lichtbogenschweißung" und die ,.Kostenberechnung", wurden vollständig neu abgefaßt. Unverändert geblieben Ist die Art der Darstellung, die allgemein starken B~ifall gefunden hat. Das Buch wendet sich in er-Ster Linie an Schweiß rngemeure, Meister und Schweißer und soll auch als Lehrbuch für den Unterncht dienen. Größter Wert wurde daher auf die Besprechung der praktischen Schweißarbeit gelegt. Der Schweißvorgang selbst, auf tretende Schwiengkeiten, die BlaswukuJ;J.g des Lichtbogens, die Ent stehung von Schrumpfungen und Schrumpfspannungen, die Rißgefahr sowie Aufbau und Behandlung der Schwe; ßmaschrnen werden erngehend behandelt. Ich habe versucht, hierbei wissenschaftliche Gründlic;:hkeit mit erner gernernfaßlichen Darstellungsweise zu verbrnden. Auch schwienge Fragen wurden in den Kreis der Erörterung ernbezogen, weil ern Ein dnngen in die Tiefe, selbst wenn es nur auf schmalen Ausschnitten ge schehen kann, den Suchenden mehr befnedigt als erne oberflächliche Erklärung. Um an den entsprechenden Stellen die physikalischen, chemischen und metallurgischen Grundbegriffe voraussetzen zu können, wurden die ernführenden Abschnitte aus der schwedischen Ausgabe übernommen. IIl Bewußt v~rz1chtet wurde auf eine Darstellung der verschiedenen An wendungsgebiete der Lichtbogenschweißung und auf Einzelheiten der schweißtechnischen Gestaltung und Berechnung. Die gesonderte Be handlung dieses Gebietes in einem späteren zweiten Band ist in Aussicht genommen. Es ist mu eine angenehme Pflicht, auch an dieser Stelle allen denjenigen memen Dank zum Ausdruck zu bringen, die meine Arbeit mit Rat und Tat unterstützten. Neben Herrn Ingenieur Du Rietz habe ich besonders den Herren Professor Dr. Mailing, Professor Dr. Bierett und Dr. Zeyen für vollständige purchsicht der. Handschrift und für vJele wertvolle Anregungen zu danken. Einzelne Abschnitte wurden von den Herren Professor Dr. Humburg, Oberingenieur Dr. Le Comte, Dr. Lessel, Dr. Tewes, Oberingenieur Ritz, Reichsbahnrat Dr. Stieler, Ober ingenieur Horn, Dipl.-Ing. Hase, Dipl.-Ing. Schnarz, Dr. Brenner, Chemiker Röhng, Professor Dr. Berthold und Dipl.-Ing. Nagel durchgesehen. Außer ihnen gaben zahlreiche weitere Fachgenossen wertvolle Anregungen für die Verbesserung des Buches. Ihnen allen gilt mein verbindlichster Dank für die kameradschaftliche Unterstützung, ebenso den Firmen, die Bildunterlagen bereitwillig zur Verfügung stellten. Durch die Kriegsverhältnisse wurde. leider das Erscheinen der zweiten Auflage um mehrere Jahre verzögert. Aus dem gleichen Grunde konnten mcht alle Wünsche hms1chtlich der Nengestaltung des Buches erfüllt werden. Hannover, 1m Mm 1947. Dr. H. Koch IV INHALTSVERZEICHNIS Seite I. Chemische und physikalische, Grundbegriffe ..•..•..•.•......•..•... 1. Grundstoffe, chemische Verbmdung, Lösung und Gemenge 1 2. Der Vorgang des Schmelzens und Erstarrens . . -3 3. Die Festigkeit der Werkstoffe . . . . . . . . . 5 ~- Grundbegriffe der Elektrotechnik ......... : . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 II. Kurze Übersicht über di.e Herstellung, Eigenschaften und Behandlung des Stahles . . . . . . . . . 10 1. Herstellung und Verarbeitung des Stahles . . 10 2. Zusammensetzung und Eigenschaften der Stähle . . . . . . . . 12 a) Kohlenstoffstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 b) Legierte Stähle . . . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. . .. 14 c) Einteilung der Baustähle . . . . . . . . . . . . . . . . ... 15 3. Wärmebehandlung des Stahles .............. . 17 111. Begriffe und Einteilung der Schweißverfahren ..... . 23 1. Gasschmelzschweißung . . . . . . . . . . 24 2. Lichtbogenschweißung ................ . 26 a) Metallichtbogenschweißung (Slavianoff-Verfahren) 27 b) Kohlelichtbogenschweißung (Benardos-Verfahren) 28 3. Atomare Schweißung (Arcatomverfahren) ... 29 4. Thermitschweißung . . ...... . 30 5. Hammerschweißung . . . . . . . . . . . .... 31 v· •• 6. Elektnsche Widerstandschweißung ..... . 32 a) Stumpfschweißung ..... . 32 b) Punktschweißung .. , .. 35 c) Nahtschweißung (Rollennahtschweißung) zy; 35 7. Sonderverfahren (Fesa-Weibel-Schweißverfahren) 37 IV. Der Schweißlichtbogen . . . . . . . . . . . . . . 39 1. Der Lichtbogen als Elektronen- und Ionenstrecke 39 2. Werkstoffübergang im Lichtbogen . 42 V. Maschinen nnd Geräte für die Lichtbogenschweißung 44 1. Schweißstromquellen 44 2. Anforderungen an die Schweißstromerzeuger . . . . . . . . . . . . . . . 47 a) Kennlin1.en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 b) Sonstige Anforderungen . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 V Seite 3. Bauarten der Stromerzeuger für die Ltchtbogenschweißunrr 54 a) Der Einzelschweißumformer ... · 54 a) Schaltung des Schweißgenerators 54 ß) Bauliche Gestaltung und Ausrüstung des Schweißumformers . 56 y) Bedienung und Pflege des Schweißumformers . .58 b) Die Mehrstellenschweißanlage ........... . 60 c) Der Schweißumspanner .......... . 64 d) Der Schweißgletchnchter ............ . 66 4. Wahl der Schweißmaschine 67 5. Selbsttätige Lichtbogenschweißung 70 6. Einnchtung für die Areatomschweißung . . . . . . . . ·I· 74 7 Hilfsemrichtungen, Werkzeuge und Schutzvorrichtungen 75 i VI. Zusa§stoffe für die Lichtbogenschweißung (Elektroden) 78 1. Obersteht über die Elektrodenarten 78 2. Schweißetgeusehaften der Elektroden ......... . 80 3. Schweißbedingungen der Elektroden . . . . . . . . . 84 4. Elektrodenpr~tse . . . . . .. , . . . .' .......... . 90 5. Prüfung der Elektroden . . . . . . . . . . . . 91 a) Prüfung der Schw.eißetgenschaften . . . . . . . . . .. 91 b) Prüfung der Wirtschaftlichkeit . 92 6. Schweißdrahtlieferbedingungen (DIN Vornorm 1913) 94 VII. Die Schweißnaht . . . 102 1. Einteilung und Bezetchnung der Schweißnähte . 102 2. Die Beanspruchbarkeit der Schweißnähte . 111 3. Metallurgie der Stahlschweißung . . . . . . . . . . . . . . .. .. ..... 113 a) Nackte Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . .. 114 b) Ummantelte Elektroden . . . . . . . . . . . . . 117 c) Die Schweißbarkeit des Grundwerkstoffes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4. Gefügeaufbau der Schweißnaht . . . . . . . . . . . . . . . . . .......... 121 VIII. Praktische Ausführung der Schweißung von Stahl .. : ..... 128 1. Vorbereitung und Hilfsmittel zum Schweißen 128 2. Festlegung der Schweißbedingungen . . 132 3. Praktische Ausführung der Schweißarbeit 135 a) Schweißung m waagerechter Lage .. 135 a) Ummantelte Elektroden . . ...... . . 135 ß) Nackte, dünn umhüllte und Seelenelektroden ........ . . 140 b) Schweißung m senkrechter Lage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 a) Ummantelte Elektroden . . . . . . . . . . . . 142 ßl Nackte, dünn umhüllte und Seelenelektroden .............. 144 VI Seite c) Schweißung m Uberkopflage . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . ... 145 a) Ummantelte Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 145 ß) Nackte, dün11 umhüllte und Seelenelektroden . . . . . 146 4. Die Blaswukung des Lichtbogens ............... . . .. 147 a) Erklärung der Blaswukung . . . . . . . . . .... . . ... 147 b) Beherrschung det Blaswirkung ......... . . . . 151 a) Wirkung der Elektrodenneigung . . . . . . .... . . 152 ß) Schweißen m bestimmten Richtungen . . . 152 y) Verwendung umhüllter 'Elektroden . . . . . . . . . . . .. . 153 o) Verwendung von Wechselstrom ........ . . 153 <) Herstellung emes magnetischen Kurzschlusses .. . . 154 Cl Verlegen des Werkstückanschlusses ... : 154 5. Schrumpfun~en, Schrumpfspannungen und Rißgefahr .. 155 a) Schrumpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . ........ 156 b) Nachnchten ............................... . . . 162 c) Schrumpfspannungen ....................... . . . 164 d) Rißgefahr und V erhalten des St 52 . . . . . . . . 168 6. Nacharbeiten . . . . . . . . . . . . .................. .. 173 a) Entschlacken und Reimgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . .. 173 b) Schleifen der Schweißnaht .................... . . 174 c) Hämmern der Schweißnaht . . . . . . . . . ....... . . 174 d) Wärmebehandlung .......... . . 175 IX. Sonderschweißarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 1. Das Schweißen dünner Bleche 177 a) Meta1lichtbogenschweißung . . . . . . . . . 177 b) Kohlelichtbogenschweißung ......... . . 178 2. Da~ Schweißen dicker Bleche ................... . . 180 3. Das Schweißen plattierter Bleche ........ . 182 4. Das Schweißen von Stahlguß . . . . . . . . . . . . . . . . · . . 184. 5. Das Schweißen legierter Stähle . . . . . . . . . . . . . . . 185 a) Niedng und mittelhoch legierte Stähie ..... . 187 b) Hoch legierte Stähle . . . . . . . . . . . . . . . ... · · · · · · ... 188 a) ZusammE1nsetzung und Eigenschaften ...... . ........ 188 ß) Durchführung der Schweißarbeit . . . . . . . . . .. . . 190 6. Auftragschweißung ..•................................ . . 193 a) Manganstähle • . . . . . . . . . . . . . . .............. . ... 194 b) Hartmetalle ....................... . .. . 194 7 Das Schweißen unter Wasser ........ . . ..... 196 8. Hochleistungsschweißverfahren . . . . .... . . .... 197 a) Das Elin-Hafergut-Verfahren ....... . . . 198 b) Das Kaell-Verfahren . . . . . . . . . .. . 200 c) Das Ellira-Verfahren •............ 200 VII Seite X. Kostenberechnung ....•...•.. • .. · · ... · · · .. • • • • • • • • • · · • · · · • · • • • · · · · 205 1. Genaue Kostenberechnung . . • . ............. · · . · ... · .. · . . 206 a) Berechnung der Elektrodenkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 b) Berechnung-der Lohnkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 c) Berechnung der Stromkosten . . . . . . 215 d) Abschreibung und Verzmsung der Schweißemnchtung 218 e) ~zahlentafeln zur Erleichterung der Kostenberechnung 218 2. Uberschlägige Kostenberechnung . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 222 XI. Schweißen von Gußeisen . .. ............................... 224 1. Zusammensetzung und Eigenschaften des Gußeisens 224 2. Kaltschweißung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 3. Warmschweißung ...................... . 229 XII. Schweißen von Nichteisenmetallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 1. Kupfer und Kupferlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 231 2. Leichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. · · .. • · · ' .. 234 XIII. Prüfung der Werkstoffe und Schweißverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 A. M 1 t t e 1 b a r e P r ü f v e r f a h r e n m 1 t Z e r s t ö r u n g d e s W e r k s t ü c k e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 1. Der Zugversuch . 240 2. Die Verformungsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 247 3. Die Härteprüfung . . . .................... . 252 4. Der Kerbschlagversuch . . . . ................ . . 253 5. Die Dauerprüfung .... . 254 6. Technologische und sonstige Prüfverfahren .. . 256 B. U n m 1 t t e l b a r e P r ü f v e r f a h r e n o h n e Z e r s t ö r u n g des Werkstückes .................. .. 258 1. Die Durchstrahlungsverfahren {Röntgen- und Gammastrahlen) .. 259 2. Die Magnetpulververfahren (Durchflutungsverfahren) ......... 264 3. Sonstige zerstörungsfreie 'Prüfverfahren ...................... 266 A n h a n g : Schneiden .. 267 1. Brennschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 267 2. Schneiden mit dem Lichtbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Zusammenstellung von Normen und Vorschriften .••..•.•.................... 272 Schrifttumsverzeichnis . . • • • • . • • • • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Stichwortverzeichnis • . . . . . . .. ..........................•................ 293 VIII I. CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE GRUNDBEGRIFFE 1. Grundstoffe, chemische Verbindung, Lösung und Gemenge Die Baustoffe der Natur und unsere technischen Werkstoffe smd zu sammengesetzte Stoffe, die auf chemischem Wege in ihre Grundstoffe zerlegt werden können. Die 92 chemischen Grundstoffe oder E 1 e m e n t e werden auf Grund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften in zwei Gruppen eingeteilt: Metalle und Metalloide. Die Metalle bilden die größere Gruppe. In der folgenden Tafel sind die wichtigsten Elemente mit ihren chemi schen Kurzzeichen zusammengestellt. Metalle: Aluminium. Al Molybdän Mo Blei .. ' Pb Natrium Na .. Chrom Cr Nickel Ni Eisen Fe Platin ... Pt Gold Au Quecksilber Hg Kalium K Silber ... Ag •\• Kalzium Ca Titan ... Ti Kobalt Co Vanadium V Kupfer Cu Wolfram w Magnesium Mg Zink Zn .. Mangan Mn Zinn Sn Metalloide: Chlor .... Cl Schwefel s Kohlenstoff c Silizium Si Phosphor p Stickstoff . N Sauerstoff 0 Wasserstoff H Der neueren Atomphysik ist es gelungen, die kleinsten Teile der Elemente, die Atome, aufzuspalten und. damit ein Element in ein anderes überzuführen. Die Veremigung der Grundstoffe oder einfacher Stoffe zu den verwickeltsten Systemen ist auf versch1edene Weise möglich. Man unterscheidet: chemische Verbmdung, Lösung und Gemenge. Eine c h e m i s c h e V e r b i n d u n g stellt die innigste Vereinigung zweier oder mehrerer Grundstoffe dar. Eine Trennung Ist nur durch chemische Vorgänge möglich. Die Verbindung weist andere Eigen- 1 Koch, Lichtbogenschweißung
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