Schweißtechnik: Verfahren und Werkstoffe PDF
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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 Das Werk und seine Teile sind urheberrechdich geschützt. Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf deshalb der schrift lichen Einwilligung des Verlages. Die Wiedergabe der Normen erfolgt mit freundlicher Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. 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
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