Schweißen

Schweißen: unlösbares Verbinden von Werkstoffen (Metall, Glas, Plast) unter Anwendung von Wärme oder Druck beziehungsweise von beiden, und zwar mit oder ohne Zusatz von artgleichem Werkstoff (Zusatzwerkstoff) desselben oder nahezu desselben Schmelzbereichs. Schweißen ist ein äußerst wirtschaftliches Verfahren, da es viele Verbindungen je Zeiteinheit sowie Werkstoff- und Kosteneinsparungen ermöglicht, außerdem ergibt es Verbindungen hoher Festigkeit und Dichtheit Schweißen von Metall: Beim Schmelzschweißen werden metallische Werkstoffe unter Zufuhr von Wärme im Schmelzfluss vereinigt, um Konstruktionsteile zu verbinden (Verbindungsschweißen) oder örtlich begrenzt Werkstoff aufzutragen (Auftragsschweißen, zum Beispiel bei Verschleiß an Schienen, Wellen),

a) Beim Gasschmelzschweißen (autogenes Schweißen) wird die Schweißstelle unmittelbar durch eine Brenngas- (zum Beispiel Äthin, Stadtgas, Wasserstoff) Sauerstoff-Flamme erwärmt und aufgeschmolzen. Dem Schmelzbad wird meist in Form eines Schweißstabes (oder -drahts) Zusatzwerkstoff zugeführt. Anwendung findet das Verfahren bei Dünn-, Fein-, Mittelblechen und dünnen Rohren aus Stahl sowie bei Gusseisen und Kupfer,

b) Beim Lichtbogen Schmelzschweißen wird die notwendige Wärme durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugt, der bei Gleich- oder Wechselstromspannung zwischen Werkstück und Schweißelektrode brennt. Als Stromquelle für Gleichstrom dient ein Schweißumformer (Motor-Generator-Aggregat) oder -gleichrichter. Schweißwechselstrom erzeugt man mit dem Schweißtransformator. Im Lichtbogen schmilzt die Elektrode ab, tropft in das aufgeschmolzene Grundmaterial und bildet die Schweißraupe. Neben dem Lichtbogen-Handschweißen mit Schweißelektroden (Slawjanow Verfahren) setzen sich immer mehr maschinelle Schweißverfahren durch, bei denen ein oder mehrere Arbeitsgänge mechanisiert sind und die Abschmelzleistung (Masse Schweißgut je Zeiteinheit) größer ist. Das verbreitetste Verfahren ist das Unterpulverschweißen (Abkürzung UP-Schweißen), bei dem ein ständig nachgeführter, blanker Zusatzdraht oder 2 Drähte (Parallel- oder Zweidraht Schweißen) in ein aus einem Trichter nachrieselndes schlacke bildendes Schweißpulver eintauchen (verdecktes Lichtbogen-S). Dieses Pulver schirmt die Schweißstelle gegen Luftsauerstoff und -stickstoff ab und beeinflusst das Schmelzbad metallurgisch; beides erhöht die Güte der Schweißnaht. Das Elektroschlackeschweißen (Abkürzung ES-Schweißen) eignet sich besonders zum Verbinden über 40 mm dicker Bleche. In eine senkrechte, seitlich mit wassergekühlten, nachgeführten Kupferformschuhen abgedeckte Schweißfuge wird Schweißpulver eingegeben und im Lichtbogen aufgeschmolzen. Die entstehende Schlacke wird durch ihren hohen elektrischen Widerstand so aufgeheizt, dass auch nach dem Verlöschen des Lichtbogens ein oder mehrere endlose, nachgeschobene Schweißdrähte sowie der angrenzende Grundwerkstoff aufschmelzen. Schutzgas-Lichtbogenschweißen ist die Sammelbezeichnung für alle Verfahren, bei denen der Lichtbogen durch ein besonders zugeführtes Gas gegen Luftsauerstoff und -stickstoff geschützt wird. Beim Metall-Aktm-Gasschweißen (Abkürzung MAG-Schweißen), früher Cor-Schweißen, verwendet man Kohlendioxid oder -monoxid und andere aktive Gase (Mischgas) als Schutzgas, beim Metall-Inert-Gasschweißen (Abk. MIG-Schweißen) Argon. Bei beiden Verfahren verwendet man automatisch vorgeschobenen Elektrodendraht, bei dem ebenfalls mit Argon oder Helium arbeitenden Wolfram-Inert-Gasschweißen (Abkürzung W1G-Schweißen) dagegen eine nichtabschmelzende Wolframelektrode. Zusatzwerkstoff liefert ein in den Lichtbogen gehaltener Schweißstab. Das Inertgasschweißen (früher Edelgasschweißen) eignet sich gut für legierten Stahl sowie Aluminium und dessen Legierungen. Beim Plasmastrahlschweißen brennt wie beim WIG-Schweißen der Lichtbogen zwischen Werkstück und nichtabschmelzender Elektrode in einer Schutzgasatmosphäre. Das bei jedem Lichtbogen entstehende Bogenplasma wird zusätzlich durch die Düsenkonstruktion eingeschnürt. Beim Elektronenstrahlschweißen werden von einer Wolframkathode im Vakuum durch Glühemission Elektronen erzeugt, durch ein Hochspannungsfeld beschleunigt und zu einem Strahl geformt. Beim Auftreffen auf den Werkstücken wandelt sich die kinetische Energie der Elektronen in Wärme umgewendet für Wolfram, Tantal, Molybdän, Zirkonium, Stahl und Aluminium. Beim Laserschweißen wird in einem Laser erzeugte hohe Strahlungsenergie auf einen Brennfleck von nur 0,01 bis 0,3 mm Durchmesser gerichtet und dort eine sehr hohe Temperatur erzeugt, die ein verzugsfreies Schweißen aller Metalle ermöglicht; Anwendung in der Mikroelektronik.

Erwärmung stromdurchflossener Werkstücke durch ihren inneren Widerstand sowie durch den beim Übergang des Stroms auftretenden Übergangswiderstand. Derart erwärmte (besonders Blech-) Teile werden dann durch Druck verschweißt. Das maschinelle, wirtschaftliche Verfahren eignet sich für die Massenfertigung in der metallverarbeitenden Industrie (zum Beispiel im Fahrzeugbau). Zum Widerstandsschweißen gehören folgende Verfahren:

a) Beim Punktschweißen erzeugen 2 einander gegenüberliegende Stabelektroden linsenförmige Schweißstellen. Es gibt auch Vielpunktschweißmaschinen.

b) Das Nahtschweißen mit Rollenelektroden stellt praktisch eine laufende Folge von Punktschweißungen dar.

c) Beim Folienstumpfnahtschweißen wird auf die Schweißfuge oben und unten eine Stahlfolie aufgelegt und durch Rollenelektroden mit dem Blech verschweißt,

d) Zum Buckel- (Warzen-) Schweißen werden vorher auf der Ziehpresse Buckel (Warzen) in das Blech gedrückt und dann große Flächen durch eine Plattenelektrode verbunden,

e) Beim Abbrennstumpfschweißen werden unbearbeitete Flächen gleicher Werkstücke bei wiederholtem Berühren durch örtliche Kurzschlüsse eingeebnet, wobei der Werkstoff verdampft und eine Metalldampfatmosphäre bildet, die den Luftzutritt verhindert. Dann werden die Teile zusammengestaucht und verschweißt; Anwendung bei Kurbelwellen, Rohren, Profilen, Kotflügeln unter anderem

Weitere Schweißverfahren: Beim aluminothermischen Schweißen (Abkürzung ATS., Thermitschweißen) schmilzt die bei der chemischen Reaktion zwischen Aluminiumpulver und Eisenoxid (Thermit, oft noch auflegiert) entstehende Wärme in einem Tiegel die Werkstückflächen auf. Die auslaufende Schlacke schützt die Schweißstelle gegen äußere Einflüsse und wird nach dem Erkalten entfernt. Das AT-Schweißen wird zum Reparaturschweißen und Schienenschweißen benutzt. Beim Reibschweißen werden die Stirnflächen eines fest stehenden und eines umlaufenden Rotationskörpers gegeneinander gepresst und durch die dabei gleichzeitig entstehende Wärme verschweißt. Als Kaltpressschweißen bezeichnet man ein Verfahren, bei dem allein durch hohen, länger anhaltenden Druck (also ohne Wärme!) vorwiegend Teile der Elektroindustrie (Kupfer, Aluminium und deren Legierungen) verschweißt werden. Beim Ultraschallschweißen werden Ultraschallschwingungen parallel zur Berührungsebene zweier, unter einem geringen Anpressdruck stehender Teile eingeleitet, die die Molekülverbindungen der Werkstücke lockern, wodurch die Werkstücke verbunden werden können (zum Schweißen dünner Aluminiumfolien oder Aufbringen von Plastikbezügen auf Metall). Das Hauptanwendungsgebiet dieses Verfahrens liegt beim Schweißen von Plasten. Beim Diffusionsschweißen erfolgt die Verbindung im festen Zustand der Teile durch Wärme und Druck. Zum Einleiten des Diffusionsvorgangs muss ein guter Kontakt der Schweißflächen (geschliffen, geätzt u. ä.) hergestellt werden. Angewendet wird dieses Verfahren in der Elektro-, Vakuum- und Kerntechnik sowie beim Flugkörperbau, vor allem beim Verbinden von Metallen mit Metallkeramiken. Schweißen von Glas muss unter Beachtung der spezifischen Eigenschaften, wie Ausdehnungskoeffizient, Temperaturwechselbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, erfolgen, wobei in der Regel gleichmäßige Wärmeeinbringung über den gesamten Verbindungsquerschnitt erforderlich ist Deshalb werden die Glaskörper bei der Erwärmung meist rotierend bewegt, oder es werden spezielle Geräte zur Wärmeübertragung (zum Beispiel Ringbrenner) angewandt. Das Schweißen von Glas (besonders von technischen Gläsern) wird künftig ähnliche Bedeutung erlangen wie das Schweißen anderer Werkstoffe. Schweißverfahren für Thermoplaste sind das Heißgasschweißen, Heizelementschweißen (mit elektrisch beheiztem Schweißkeil), Impulsschweißen (Wärmeerzeugung durch Stromstoß), Pressschweißen (Heißsiegeln; Flächenverbindungen zwischen beheizten Platten) und Hochfrequenzschweißen (Wärmeerzeugung durch hochfrequentes elektrisches Feld).

Schweißfehler: Fertigungsmängel beim Schweißen, sie können als Poren, Schlackeneinschlüsse, Einbrandkerben, Bindefehler und Risse auftreten.

Schweißnaht: durch Schweißen hergestellte linienförmige Verbindung zweier Teile. In einer Ebene liegende Teile werden durch eine Stumpfnaht verbunden (zum Beispiel Bördel-, I-, V-, X-, U-Naht). Als Kehlnaht bezeichnet man eine Schweißnaht in einer Kehle (Ecke) zwischen 2 winklig aufeinanderstoßenden oder überlappt aufeinanderliegenden Teilen. Von einer Stirnnaht spricht man bei einer Schweißnaht über die Stirnfläche zweier aufeinanderliegender Bleche.

Schweißpaste: pastöses Gemisch aus einer Legierung und einem organischen Bindemittel zum Auf(trags)schweißen auf Verschleißstellen.

Schweißstahl: früher durch Ausschmieden der Luppen, die durch Rennarbeit oder Puddeln gewonnen wurden, hergestellter Stahl.