Schweißen von Metallen

Kurzzusammenfassung

Schweißen vom Metallen 1 Preß-Verbindenschweißen 1.1 Schweißen durch Bewegung Das Preß-Verbindungsschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem die Arbeitstemperatur meist unterhalb des Schmelzp

Fachbereich:	Physik
Sprache:	Deutsch
Wörter:	3500
Note:	n.v.

Schweißen von Metallen

Schweißen
vom Metallen


1 Preß-Verbindenschweißen


1.1 Schweißen durch Bewegung

Das Preß-Verbindungsschweißen ist ein
Schweißverfahren, bei dem die Arbeitstemperatur meist unterhalb des
Schmelzpunktes liegt.
Preß-Verbindungsschweißen geschieht unter
Anwendung von Kraft ohne oder mit Schweißzusatz. Eine örtlich
begrenzte Erwärmung (u. U. bis zum Schmelzen) ermöglicht oder
erleichtert den Schweißvorgang.


1.1.1 Kaltpreßschweißen (KP)

Beim Kaltpreßschweißen erfolgt die Verbindung
der Teile unter Druck ohne Wärmezufuhr.
Schweißzusatzwerkstotfe werden im allgemeinen nicht
verwendet. Die Verbindung entsteht durch
Kohäsionskräfte bzw.
Adhäsionskräfte.

Man verbindet bei diesem Verfahren Folien und Bleche durch
Überlappnähte, oder man verbindet Drähte bzw. Formteile durch
Stumpfnähte miteinander. An der Schweißstelle treten ähnlich
starke Verformungen wie z.B. beim Ziehen von Rohren oder beim Fließpressen
auf. Man versucht deshalb heute, beide Verfahren in einem Arbeitsgang zu
kombinieren, und erhält so durch gleichzeil _ Anwendung von Massivumtormung
und Kaltpreßschweißung Rundkörper großer Festigkeit hoher
Maßgenauigkeit. Diese spezielle Fertigungsmethode verlangt als
Vorbedingung für ein wirtschaftliche Herstellung vorläufig noch kleine
Werkstückabmessungen und hohe Stöckzahlej

1.1.2 Schockschweißen (EX)

Die Werkstücke verbinden sich an den Stoßflächen ohne
Wärmezufuhr unter Anwen schlagartiger Kraft. Die durch die auftretende
Prallenergle erzeugte Wärme erleichtert die Bildur molekularer Bindungen.
Werkstücke werden an den Stoßflächen meist ohne Schweißzus
verbunden.

Sprengschweißen (S)

Erzeugen der Energie durch Detonation von Sprengstoff.

Sprengbolzenschweißen (SB)

Magnetimpulsschweißen (MI)


1.1.3 Ultraschallschweißen (US)

Das Ullraschallschweißen ist eine Kombination zwischen
Ultraschallreinigen und Kaltpreßschweißen, es beruht auf dem
Prinzip, daß die Berührungsflächen überlappt angeordneter
Teil mit hoher Frequenz (1 - 100 kHz) und unter gleichzeitiger Anwendung von
Kraft aufeinandE reiben und dadurch verschweißen. Ein Zusatzwerkstoff ist
nicht erforderlich.

Man verschweißt damit Folien bis minimal 0,004 mm Dicke, dünne
Bleche sowie Drähte und Rohre kleiner Wanddicke. Die Dicke des zweiten
Werkstückes einer Verbindung spielt kaum eine Rolle, also läßt
sich z.B.
ein 0,12 mm dickes Stahlblech auf ein 20 mm dickes Blech
schweißen.

Der Vorgang ähnelt dem ,,Fressen", die beiderseitigen Kristallgitter
berühren sich nach Beseitigung der Unebenheiten so nahe, daß atomare
Kräfte wirksam werden. Dieses Wirksamwerden atomarer Kräfte ist
wesentliche Voraussetzung für ein Verschweißen. Eine
Temperaturerhöhung ist für den Prozeß nicht von Bedeutung,
deshalb lassen sich auch Metalle mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit,
wie Kupfer, Silber, Aluminium sehr leicht mit Ultraschall
verschweißen.
Auch andere Gebrauchsmetalle und Kunststoffe sind mit sich selbst und in
verschiedenen Kombinationen untereinander verschweißbar. In der
Elektronik und Feinwerktechnik wird
das Verfahren viel benutzt, weil es sich zur Verbindung sehr kleiner und
dünner Werkstücke (Bleche und Drähte) besonders eignet.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt speziell dort, wo kein
Reinigungsaufwand gewünscht wird. Es läßt sich in einen
kontinuierlichen Fertigungsablauf eingliedern, und da es wärmearm arbeitet,
ist es auch von dieser Seite für das Bedienungspersonal
ungefährlich.


Die Grenzen liegen in der schweißbaren Werkstückdicke, die
maximal 1 mm nicht überschreiten soll. Spröde Metalle und Kerben geben
Anlaß zu Ermüdungsbrüchen.

1.1.4 Reibschweißen (FR)

Das Reibschweißen beruht darauf, daß zwei
Werkstückstoßflächen unter Anpreßdruck so lange
gegeneinander bewegt werden, bis die dabei entstehende Reibungswärme das
Verschweißen ermöglicht.

Die beim Reibschweißen auftretende sehr starke Erwärmung bleibt
auf eine schmale Zone beiderseits der Reibflächen beschränkt. Der
Vorgang dauert 0,8... 100s. Das Verfahren eignet sich besonders zur Verbindung
rotationssymmetrischer Teile. An der Schweißnaht bildet sich ein starker
Wulst, den man jedoch durch Profilieren der Stoßflächen weitgehend
beeinflussen kann.

Die Reibleistung ergibt sich aus dem Produkt Drehmoment mal Drehfrequenz.
Die maximal erforderliche Temperatur wird durch die plastischen Eigenschaften
der Werkstoffe bestimmt.
1.1.4.1 Konventionelles Reibschweißen

Das Verfahren läuft in vier Phasen ab:

1. Rotation des einen Werkstückes bei Stillstand des
anderen.

2. Das stillstehende Teil wird mit 20... 100 N/mm2 gegen das
rotierende Werkstück gedrückt.

3. Die sich berührenden Stoßflächen erwärmen sich am
Schweißstoß fast auf Schmelzpunkt-temperatur.

4. Nach Freigabe des stillstehenden Teiles oder nach schlagartigem
Abbremsen des rotierenden Teiles wird die Axialkraft erhöht, dabei ergibt
sich ein dichtes Gefüge in der Schweißzone (siehe Seite 163, Bilder 1
und 2>.


1.1.4.2 Schwungrad-Reibschweißen

1.1.4.3 Verschweißbare Werkstoffe

Kohlenstoffarme Stähle verschweißen durch Reibschweißen
sehr gut, härtbare Stähle verspröden, außerdem lassen sich
artgleiche Werkstoffe, wie Aluminium, Kupfer, hochfeste titanlegierte und
korrosionsbeständige Stähle sowie kunststoffe Jhermoptaste)
miteinander verschweißen. Die werkstoff-, druck- und
drehfrequenzabhängige Schweißzeit beträgt 0,8 bis 1 00 s, die
mittlere Reibgeschwindigkeit 0,9 bis 1 m/s, und die Qberflächenpressung ist
werkstoffabhängig. Die erreichten Festigkeitswerte entsprechen denen des
Grundwerkstoffes.


1.2 Schweißen durch Gas


1.2.1 Feuerschweißen

Das Feuerschweißen (Hammerschweißen> ist das älteste
Schweißverfahren, von dem sich auch die Bezeichnung Schweißen
herleitet, weil man nach diesem Verfahren die Werkstoffoberflächen zum
,Schwitzen" brachte und so die Werkstücke miteinander ,,schweißte".
Sei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile auf eine Temperatur von
rund 1200 bis 13000C gebracht. Die Oberflächen werden leicht
angeschmolzen und dann mit Hammerschlägen ineinandergetrieben. Das
Feuerschweißen wird nur noch für fachgetreue Kunsischmiedearbeiten
aus unlegiertem Baustahl angewendet.


1.2.2 Diffusionsschweißen

Das Diffusionsschweißen ist ein dem Preßschweißen
ähnliches Verfahren, bei dem die Schweiß-zone bis unterhalb der
Soliduslinie erwärmt und unter geringem Druck bei einem Minimum an
makroskopischer Verformung entweder im Vakuum oder in einem Schutzgas so lange
zusammen gedrückt wird, bis die Teile durch Diffusion, im festen Zustand,
vereinigt sind. Das Verfahren wird speziell in der Reaktor- und
Luftfahrtindustrie angewendet, wo die benötigten Bauteile möglichst
leicht - Leichtbauweise aus Titanlegierungen - aber sehr fest sein und unter
extremen Bedingun gen eingesetzt werden müssen.


Die entstehende Verbindungsnaht bei diesem Fügeverfahren weist
gegenüber dem ursprünglichen Gefüge des Grundwerkstoffs kaum eine
Änderung auf.


1.2.3 Verfahrensvorgang:

Um den Einfluß der Atmosphäre auszuschalten, ist eine
hochevakuierte Kammer erforderlich. Die zu verbindenden Teile werden durch
Krafteinwirkung n innigen Kontakt gebracht, das anschließende induktive
(induktive Hoch- oder Mittelfrequenzen) - bei kleinen
Werkstückquer-schnitten auch konduktive - Erwärmen bis unterhalb der
Soliduslinie bewirkt Diffusion. Durch Anwendung von Druck und Wärme erfolgt
die Diffusion. Dabei wandern die Atome, von den Rauhigkeitserhöhungen
beginnend, wechselseitig von einem Werkstück in das andere: Es werden
zwischenmolekulare Kräfte aufgebaut.

1.2.4 Gaspreßschweißen


1.3 Schweißen durch Flüssigkeit


1.3.1 Gießpreßschweißen

Bei diesem Verfahren wird die eingeformte Schweißstelle durch
Übergießen mit dem gesondert
(z. B. aluminothermisch) geschmolzenen Wärmeträger ausreichend
erwärmt und unter Druck
geschweißt. Meist wird Thermit angewendet, ein Reaktionsgemisch aus
ca. 75 % Eisenoxid und
25 % Aluminiumgrieß.

Die Reduktion findet wie folgt statt: 3 Fe3Q4 + 8 AI
⇔ 4 A1203 + 9 Fe + 3,4
MJ

Das schmelzflüssige Eisen (mit Legierungselementen) umgibt die
Fügeflächen, das leichtere Aluminiumoxid steigt auf und schützt
die Fügezone vor Luftzutritt.


1.4 Schweißen durch elektr. Strom


1.4.1 Widerstandspreßschweißen

Beim Widerstandsschweißen entsteht die Wärme durch einen
elektrischen Strom und du die Übergangswiderstände an [...]

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