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Fügetechnik (Fach) / Fügetechnik (Lektion)

Diese Lektion wurde von JanaJoer erstellt.

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• Beschreiben sie die Unterschiede des ZTU-Verhaltens eines niedriglegierten Stahles bei einer Qualitätswärmebehandlung (z.B. Normalisieren oder Vergüten) zum Schweißen. (4P) - Vorgänge - Auswirkungen auf das Gefüge und die Eigenschaften ----------------Bild Frage 105------------------Die Abkühlgeschwindigkeit ist entscheidend. Sie wird durch das Schweißverfahren, dieWanddicke und die Vorwärmtemperatur bestimmt. Der Austenit ist, aufgrund der hohenSpitzentemperatur und der damit verbundenen Auflösung der Ausscheidungen, reich anKohlenstoff und Legierungselementen. Die Umwandlungspunkte im ZTU-Diagramm werdendurch die Legierungselemente zu tieferen Temperaturen und zu längeren Zeiten verschoben.Um die Eigenschaftsänderungen durch die Schweißung zu berücksichtigen verwendet manein Schweiß-ZTU-Schaubild.
• Beschreiben sie die Gefügeausbildung (Skizze) bedingt durch den Schweißprozess und daraus folgende Eigenschaftsänderungen folgender Schweißungen: (3P) • Einlagenschweißung, austenitischer Stahl Einlagenschweißung, austenitischer Stahl:Ausrichtung der Kristalle in der Übergangszone: EpitaxieDie Erstarrung des Schmelzbades beginnt, abhängig von seiner Form und von seiner durchdie Verschiebung gegebenen Position, auf der Berührungsfläche Schmelzbad/Grundwerkstoff an dem Ort, wo sein Querschnitt am größten ist. Diesen Ort findet man bei der  makroskopischen Untersuchung im Querschliff der ausgeführten Schweißnaht wieder.Auf dieser Berührungsfläche, deren Verschiebung die Übergangszone bilden wird, erfolgt imLaufe der Erstarrung die epitaktische Kristallisation des Metalls. Die erstarrenden Kristallenehmen die Kristallorientierung der Kristalle des Grundwerkstoffs an, auf denen sie sichaufbauen. Man kann diese Erscheinung bereits bei der lichtmikroskopischen Untersuchungfeststellen. Wenn also das Schweißgut während der Erstarrung in jedem Punkt dieKristallorientierung des darunter liegenden, nicht aufgeschmolzenen Grundwerkstoffsannimmt, müssen die Korngrenzen der Körner des Grundwerkstoffs die Übergangszonedurchqueren und ohne Unterbrechung als Korngrenze der Körner des erstarrten Schweißguts zu finden sein. Diese Beobachtung gilt für den Erstarrungsbeginn.Epitaktische Erstarrung im Bereich der Übergangszone: Diese ist hier als gestrichelte Linie eingezeichnet und ist bei reinen Metallen nicht sichtbar.Natürlich bestimmt der epitaktische Charakter der Erstarrung des Schweißgutes auch die Kristallorientierung an der Berührungsfläche zwischen zwei aufeinander folgenden Schweißraupen. Diese Wirkung der Epitaxie ist besonders offensichtlich für solche Werkstoffe, die keine Umwandlung in fester Phase zeigen, z.B. Aluminium oder Aluminiumlegierungen oder auch austenitischer Stahl.Epitaktische Erstarrung der aufeinander folgenden Lagen bei einer Mehrlagenschweißnaht eines reinen Metalls oder von Legierungen, die keine Umwandlung in der festen Phaseaufweisen: Die Erstarrungsstruktur bleibt durch die aufeinander folgenden Übergangszonen hindurch aufrecht.----------------------Bild Frage 106---------------
• Was versteht man unter Nachglühen/Soaking und wofür wird es verwendet? Halten des Bauteils (einige Stunden bei ca. 250°C) direkt aus der Vorwärmung, um demWasserstoff Zeit zur Effusion zu geben.
• Unterschied WIG Heißdrahtschweißen vs. Kaltdrahtschweißen Das WIG-Heißdraht Schweißen ist eine Weiterentwicklung des WIG-Kaltdraht Schweißens.Der Zusatzwerkstoff von einer separaten Stromquelle durch Widerstandserwärmung im freien Drahtende zwischen Kontaktrohr des Heißdraht-Brenners und dem Schmelzbad aufgeheizt.Durch die verbesserte Wärmebilanz des Verfahrens ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem Kaltdraht:• bis zu 100% höhere Schweißgeschwindigkeit• bis zu 60% höhere Abschmelzleistung• Reduktion der Aufmischung bis zu 60%• höhere Abschmelzmenge (30-50%) bei gleicher Schweißleistung• einfacheres Schweißen in Zwangslagen
• Besitzen folgende Schweißverfahren stromführenden oder stromlosen Schweißzusatz: - MIG - MAG - WIG - UP - Laser - Plasma - MIG: Stromführend- MAG: Stromführend- WIG: Stromlos- UP: Stromführend- Laser: Stromlos- Plasma: Stromlos
• Erklären Sie die Kennlinie der Schweißstromquelle und den Arbeitspunkt im Zusammenhang mit dem Schweißen und mögliche Anwendung unterschiedlicher Kennlinien. --------------------Bild Frage 110----------------------Die Lichtbogenkennlinie erfasst den Zusammenhang von Lichtbogenspannung undStromstärke. Ihr Verlauf wird durch den Energieaustausch zwischen der Lichtbogensäule unddem Umgebungsmedium beeinflusst. Da mit steigendem Strom die Ionisierung zunimmt, istder Lichtbogen auch bei niedriger Spannung stabil.Die Lichtbogenkennlinie besteht aus zwei ineinander übergehenden Kurventeilen. Der ersteTeil ist im Allgemeinen steil abfallend und aufgrund der Unstabilität des Lichtbogens fürArbeitszwecke nicht geeignet. Der zweite, schwach ansteigende Kurventeil ergibt mit derstatischen Kennlinie der Schweißstromquelle einen Schnittpunkt, der einen stabilenArbeitspunkt des Schweißprozesses darstellt.Eine Verlängerung des Lichtbogens bewirkt eine Parallelverschiebung der Charakteristik.Jede, Lichtbogenlänge entspricht einer bestimmten Lichtbogenkennlinie. Lichtbogenlänge,Elektrodenwerkstoff, Umhüllungstyp und Art des Gases beeinflussen diese Kennlinie, waswiederum eine entsprechend angepasste Stromquelle erfordert.Unterschiedliche Stromquellenkennlinien zeigen eine unterschiedliche Charakteristik undwerden daher für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt.• Stromquellen mit steil fallender Kennlinie werden vor allem für manuelle Schweißprozesse eingesetzt, da sich mit veränderlicher Lichtbogenlänge die Stromstärke kaum ändert.• Stromquellen mit flach fallender Kennlinie werden vor allem für automatisierte Prozesse eingesetzt, da bei geringer Änderung der Lichtbogenlänge eine starke Veränderung der Stromstärke zur Regelung des Prozesses genutzt werden kann.
• Welche Eigenschaftsänderungen sind bei den folgenden Werkstoffen in der WEZ gegenüber dem Grundwerkstoff festzustellen und warum? • Hochleg. Austenit. Stähle (3P) Wie kann man negative Auswirkungen beeinflussen bzw. vermindern? Hochleg. Austenit. Stähle:Der Gruppe der austenitischen Chrom-Nickel-(Molybdän)-Stähle kommt im Rahmen dernichtrostenden Werkstoffe wohl die weitaus größte Bedeutung zu. Grundsätzlich sind diesechemisch beständigen Stähle als sehr gut schweißgeeignet einzustufen. Sie sind nichtabschreckhärtbar, wodurch keine Aufhärtungen in der wärmebeeinflussten Zone auftretenund auch eine Kornvergröberung ist im Wesentlichen nicht gegeben. Allerdings könnendurch eine unsachgemäße Verarbeitung unter Umständen drei Probleme sowohl imGrundwerkstoff als auch im Schweißgut auftreten, und zwar:• Sensibilisierung, d.h. Verminderung der Beständigkeit gegen Korrosion durch Chromkarbidbildung• Heißrissbildung, d.h. Korngrenzentrennungen während der Erstarrung bzw. in der hocherhitzten Wärmeeinflusszone bei starrer Einspannung• Versprödung, d.h. Ausscheidungen intermetallischer Phasen, wie z.B. s- Phase durchhohe Temperaturbeaufschlagung bzw. GlühungBeim Schweißen der vollaustenitischen Stähle ist noch zusätzlich deren konstitutionellbedingte Neigung zur Bildung von Heißrissen zu berücksichtigen.
• Welche Eigenschaftsänderungen sind bei den folgenden Werkstoffen in der WEZ gegenüber dem Grundwerkstoff festzustellen und warum? • Hochleg. Ferrit. Cr-Stähle (3P) Wie kann man negative Auswirkungen beeinflussen bzw. vermindern? Hochleg. Ferrit. Cr-Stähle:Vor allem bei den höher Cr-haltigen Stählen entsteht durch die beim Schweißen bedingteWärmezufuhr im hocherhitzten Teil der Übergangszone ein Kornwachstum, das sich durcheine nachträgliche Wärmebehandlung nicht beseitigen lässt. Zusätzlich werden an denKorngrenzen Karbide ausgeschieden, die eine weitere Verminderung der Zähigkeitverursachen. Aus den vorher genannten Gründen sind die ferritischen Cr-Stähle nur als "bedingt schweißgeeignet" einzustufen. Ähnlich ungünstige Bedingungen sind im Schweißgut bei Verwendung artgleicher Schweißzusätze zu erwarten.Die Schweißung erfolgt unter Vorwärmung auf 200 bis 300° C, um die thermischen Spannungen möglichst gering zu halten. Weiters ist auf geringe Wärmeeinbringung zuachten, um die Grobkornbildung zu minimieren. Nach dem Schweißen ist eine Glühung imBereich von 700 bis 750° C vorteilhaft. Dabei koagulieren die ausgeschiedenen Karbide undgleichzeitig wird ein Spannungsabbau erreicht. Beide Faktoren führen in gewissen Grenzenzu einer Verbesserung der Zähigkeit. Das Grobkorn in der wärmebeeinflussten Zone lässtsich allerdings nicht mehr beseitigen. Beim Einsatz austenitischer Schweißzusätze mussderen Neigung zur Ausscheidung intermetallischer Phasen (Versprödung) imTemperaturbereich von 600 bis 900° C berücksichtigt werden.
• Kennzeichen (Prinzip (Skizze) und Anwendungsbereich (Werkstoff, Werkstückdicke, Schweißposition)) von Metallschutzgasschweißen. ----------------Bild Frage 112-----------------Beim Schutzgasschweißen entsteht das Schweißbad durch Einwirken eines Lichtbogens, odermehrerer Lichtbögen. Der Lichtbogen brennt sichtbar zwischen einer Elektrode und demWerkstück oder zwischen zwei Elektroden. Elektrode, Lichtbogen und Schweißbad werdendurch ein eigens zugeführtes inertes oder aktives Schutzgas gegen die Atmosphäreabgeschirmt.Die Schweißverfahren werden nach der Art von Elektrode (Metallschutzgasschweißen, Wolframschutzgasschweißen) und Schutzgas eingeteilt sowie zusätzlich nach der Art des Lichtbogens (Sprühlichtbogen, Langlichtbogen, Kurzlichtbogen, Impulslichtbogen) unterschieden.Das MAG-Schweißen ist ein Metallschutzgasschweißen mit abschmelzender Draht-elektrodeund aktivem Schutzgas. Das aktive Schutzgas besteht beim MAGC-Verfahren aus CO2 und beim Mischgasschweißen (MAGM) aus einem Gasgemisch.Das MAGC-Verfahren wird für das Schweißen un- und niedriglegierter Stähle eingesetzt, da esdurch die Dissoziation von Kohlendioxid bei den herrschenden Temperaturen zu einem unerwünschten hohen Abbrand an Legierungselementen im Schweißbad kommt, der bei hochlegierten Stählen nicht mehr über den zugeführten normalen Schweißzusatz(Massivdrahtelektrode) ausgeglichen werden kann.Werkstoffe: mit inerten Schutzgasen (Edelgasen, wie z.B.: Argon, Helium) Aluminium,Kupfer; mit aktiven Schutzgasen (z.B.: CO2, oder deren Gemische) un-, niedrig- undhochlegierter StahlWanddicken: ab 1 mmBemerkungen: in allen Positionen einsetzbar, große Abschmelzmengen, keine Schlacke,Baustelleneinsatz schwierig.
• In welchen Fällen können Eigenspannungen erwünscht sein? Zur Erhöhung der Oberflächenhärte, z.B. durch Sandstrahlen der Oberfläche eines Werkstückes werden durch plastische Verformungen der Oberfläche Eigenspannungen erzeugt und dadurch die Lebensdauer bzw. langfristige Festigkeit und die Oberflächenhärte erhöht.
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• Nennen Sie Maßnahmen gegen Verzug und Verwerfungen bei Schweißkonstruktionen. • Allgemeine Hinweise:o Winkel- oder Längenvorgabeno Vorspannen, Festspannen (Festspannen nur zweckmäßig bei Dünnblechen und zur Verhinderung von Winkelverzug). Nicht möglich zur Verhinderung von Trägerkrümmungen.o Fertigung in Baugruppen, mit zwischenzeitlichem Richteno zweckmäßige Schweißfolge wählen• Gegen Längsschrumpfung:o wenig Wärme,o Pilgerschritt, Mehrlagen - Schweißen,o Unterbrechungen,o Strichraupen• Gegen Querschrumpfung:o wenig Wärme,o Pilgerschritt,o hohe Schweißgeschwindigkeit,o schmale Nahtquerschnitte• Gegen Winkelverzug:o wenig Lagen,o gute Durchwärmung des Querschnitts,o Pendelraupen,o gleichzeitig beidseitiges oder wechselseitiges Schweißen,o symmetrische Schweißanschlüsse,o Winkelvorgabe• Nachbehandlung:o Kaltrichten,o Warmrichten,o Richten mit der Flamme
• Was ist der Abbrandverlust? Unterschied zwischen dem höheren Legierungsgehalt des Schweißzusatzwerkstoffes vordem Schweißen und dem niedrigeren des reinen Schweißgutes bzw. negative Differenz zwischen tatsächlicher und theoretischer Schweißgutzusammensetzung.
• Wie wird die optimale Spannungsarmglühtemperatur ausgewählt? (Begründung) Glühen bei einer Temperatur unterhalb des unteren Umwandlungspunktes Ac1, meistunter 650 °C, mit anschließendem langsamem Abkühlen zum Abbau innerer Spannungenohne wesentliche Änderung der vorliegenden Eigenschaften.Prinzip: Herabsetzung der Streckgrenze durch Erwärmung. Dadurch kommt es zum Fließen inBereichen hoher Eigenspannungen. Voraussetzung für dieses Verhalten ist ein plastisch(zähes) Verhalten der Werkstoffe.Die Eigenspannungen werden auf das Maß der Streckgrenze bei der Glühtemperaturherabgesetzt. Eigenspannungen können nicht restlos beseitigt werden, deshalb auch dieBezeichnung der Spannungsarmglühung. Bei der Spannungsarmglühung kommt es immerauch zu einer Anlasswirkung.Die Spannungsarmglühtemperatur liegt bei Vergütungsstählen immer unter derAnlasstemperatur um eine Festigkeitseinbuße des Grundwerkstoffes zu vermeiden.
• Kennzeichen (Prinzip (Skizze) und Anwendungsbereich (Werkstoff, Werkstückdicke, Schweißposition)) von Reibschweißen. -----------------------Bild Frage 116---------------------Reibschweißen ist ein Pressschweißverfahren, bei dem Bewegungsenergie zum Schweißenausgenutzt wird. Die Werkstücke berühren einander und werden relativ zueinander bewegt,so dass Reibungswärme entsteht. Das Schweißen erfolgt durch Aufbringen einer Stauchkraftbei Bewegungsstillstand. Die Relativbewegung zwischen den Werkstücken kann aufunterschiedliche Weise realisiert werden.Varianten des Reibschweißens sind das Schwungradreibschweißen und dasReibbolzenschweißen sowie das Vibrationsschweißen. Das Vibrationsschweißen findet alsWinkel- oder Linearreibschweißen bei nicht rotationssymmetrischen Querschnitten,insbesondere für Kunststoffe, Anwendung.Das Reibschweißen ist für das Verbinden von Stählen (auch für schwer- oder nichtschmelzschweißbare), für Nichteisenmetalle, für Kombinationen aus metallischenWerkstoffen sowie für die meisten Thermoplaste wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polyamid (PA) und Polypropylen (PP) einsetzbar. Es wird vorzugsweise für rotationssymmetrische Werkstücke eingesetzt, kann aber bei entsprechenden Abbremssystemen auch für beliebige Querschnitte angewendet werden.Anwendungsbereich: Verbindungsschweißen vorwiegend rotations-symmetrischer Teile ausartgleichen oder artfremden Werkstoffen in waagrechter und senkrechter Position.Werkstoffe: nahezu alle MetalleWerkstückdicken: von 3,5 bis 100 mm Durchmesser
• Kennzeichen [Prinzip (Skizze) und Anwendungsbereich (Werkstoff, Werkstückdicke, Schweißposition)] von: a) Lichtbogenhandschweißen -----------------------Bild Frage 48 a)-------------------a) LichtbogenhandschweißenDas Lichtbogenhandschweißen ist ein Lichtbogenschweißen mit abschmelzender, umhüllter Stabelektrode. Der Lichtbogen brennt zwischen der abschmelzenden, manuell zugeführten Stabelektrode und dem Werkstück. Der Schutz von Lichtbogen und Schweißbad erfolgt durch die von der Elektrodenumhüllung stammenden Gase und/oder der Schlacke.Werkstoffe: un-, niedrig- und hochlegierter StahlWanddicken: ab 3 mmBemerkungen: universell in allen Positionen einsetzbar
• Kennzeichen [Prinzip (Skizze) und Anwendungsbereich (Werkstoff, Werkstückdicke, Schweißposition)] von: b) Elektronenstrahlschweißen b) Elektronenstrahlschweißen (EB)Das Elektronenstrahlschweißen ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem die kinetischeEnergie eines Elektronenstrahls in Wärme umgewandelt wird und zur Aufschmelzungdes Grundwerkstoffs führt. Das Verfahren läuft im Vakuum ab, wo aus einer glühenden Kathode Elektronen austreten, die in Richtung Anode beschleunigt und elektronenoptisch zu einem Strahl gebündelt werden. Beim Auftreffen der Elektronen auf das Werkstück werden die schnellen Ladungsträger abgebremst und geben dabei den größten Teil ihrer kinetischen Energie in Form von Wärme ab.Je nach Leistungsdichte kommt es dabei zum Aufschmelzen der Werkstückbereiche oder zum Verdampfen des Materials und zur Entstehung einer Dampfkapillare, die mit der Bewegung des Elektronenstrahls wandert und es ermöglicht, zwei sich berührende Werkstückkanten zu verbinden.------------Bild Frage 48 b)--------------Anwendungsbereich: Verbindungsschweißen in allen Positionen (je nach Möglichkeit der Anlage; meist senkrecht oder horizontal)Werkstoffe: nahezu alle MetalleWerkstückdicken: 0,1 bis 100 mm
• Kennzeichen [Prinzip (Skizze) und Anwendungsbereich (Werkstoff, Werkstückdicke, Schweißposition)] von: c) Abbrennstumpfschweißen -----------------------Bild Frage 48 c)--------------------c) AbbrennstumpfschweißenDas Abbrennstumpfschweißen ist ein Widerstandspressschweißverfahren, bei dem der Strom für die Widerstandserwärmung und die Presskraft über Spannbacken zugeführt werden. Die Stoßflächen werden unter leichter Berührung der Werkstücke erwärmt, wobei schmelzflüssiger Werkstoff durch Metalldampfdruck aus dem Stoßflächenbereich herausgeschleudert wird und bei Erreichen ausreichender Temperatur unter Anwendung von Kraft durch schlagartiges Stauchen geschweißt.Der Abbrennvorgang kann durch Vorwärmen vorbereitet werden. Der Schweißvorgang verläuft im Allgemeinen in den drei Phasen:- Vorwärmen- Abbrennen- StauchenDas Vorwärmen durch wiederholtes Reversieren ist nur bei größeren Querschnitten erforderlich.Anwendungsbereich: Verbindungsschweißen flächengleicher Stangen, Rohre und Profile in waagrechter Position (artgleiche und artfremde Werkstoffe)Werkstoffe: nahezu alle MetalleWerkstückdicken: von 8 bis 350 mm Durchmesser
• Winkelverzug je nach Nahtvorbereitung (I,V,X) I: 0°V: 1-13°X: 0-2°
• Schweißstromquellen Definition: Erzeugt für das elektrische Schweißen notwendige Energie oder wandelt eine elektrische vorhandene Energie in die zum Schweißen geeignete Form um. (Kapitel Schweißstromquellen Skript)Unterschiedliche Stromquellenkennlinien zeigen eine unterschiedliche Charakteristik und werden daher für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt.- Stromquellen mit steil fallender Kennlinie werden vor allem für manuelle Schweißprozesse eingesetzt, da sich mit veränderlicher Lichtbogenlänge die Stromstärke kaum ändert.- Stromquellen mit flach fallender Kennlinie werden vor allem für automatisierte Prozesse eingesetzt, da bei geringer Änderung der Lichtbogenlänge eine starke Veränderung der Stromstärke zur Regelung des Prozesses genutzt werden kann
• Welche Aufgaben erfüllt die Umhüllung der Stabelektroden beim Lichtbogenhandschweißen? Der Schutz von Lichtbogen und Schweißbad erfolgtdurch die von der Elektrodenumhüllung stammenden Gase und/oder der Schlacke.
• Nennen Sie zwei Arten des Werkstoffübergangs beim Lichtbogenschweißen und nennen Sie die charakteristischen Merkmale! z.B. Kurzlichtbogen und Sprühlichtbogen (siehe Merkmale bei anderer Frage) Skript:Bei geringen Strom- und Spannungswerten, also im Kurzlichtbogenbereich, berührt die Drahtelektrode periodisch in unregelmäßigen Abständen das Werkstück. Während des Kurzschlusses steigt der Schweißstrom an, die magnetischen Kräfte brechen die Verbindung wieder auf und der Lichtbogen wird wieder gezündet. Der Werkstoffübergang erfolgt ausschließlich im Kurzschluss.Bei höheren Stromstärken erwärmt sich die Elektrode bereits so stark, dass es zu einem vollkommen kurzschlussfreien, feintropfigen Werkstoffübergang kommt. Dieser Bereich wird als Sprühlichtbogen bezeichnet.Bei noch höheren Strom- und Spannungswerten bzw. Drahtgeschwindigkeiten (ab etwa 30 m/min) beginnt der Lichtbogen zu rotieren. Der rotierende Lichtbogen wird für sehr hohe Abschmelzleistungen und großen Wanddicken unter speziellen Misch-gasen mit Heliumanteilen eingesetzt.Der Impulslichtbogen wird für alle Leistungsbereiche des MAG- und MIG-Schweißens eingesetzt. Der Werkstoffübergang wird gesteuert und erfolgt kurzschlussfrei. Daher ist bei optimaler Parametereinstellung weitgehend spritzerfreies Schweißen möglich.

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