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Schweißen von un-/niedriglegiertem Stahl:
Polung: Gleichstrom (-), Schutzgas: Argon (I1)
Blech-
Fugen-
dicke
Lagenzahl
form
[ mm ]
1
I
1
2
I
1
3
I
1
4
I
2
5
I
2
6
V
2
Schweißen von hochlegiertem Stahl:
Polung: Gleichstrom (-), Schutzgas: Argon (I1)
Blech-
Fugen-
dicke
Lagenzahl
form
[ mm ]
1
I
1
2
I
1
3
I
1
4
I
2
5
I
2
6
V
2
6.11. Durch Schweißung bedingte Distorsion
Durch die Erwärmung des Metalles während des Schweißprozesses
entstehen beim Abkühlvorgang immer Distorsionen (Verzerrungen
im Metallgefüge).
Manchmal sind diese Distorsionen irrelevant bzw. bedürfen keiner
weiteren Beachtung. Sie können aber bei komplexen Schweißungen
oder bei Anwendung eines falschen Schweißvorgangs (Schweiß-
strom, Elektrodendurchmesser, Werkstoffe, usw.) zu Sprödbrüchen
oder Rissen führen!
Das Thema Distorsion beim Schweißen ist so komplex, daß hier le-
diglich eine Einführung sinnvoll ist.
Distorsion tritt auf weil:
➪ Das aufgeschmolzene Material schrumpft:
Das Volumen geschmolzenen Stahls schrumpft während des Ab-
kühlvorgangs auf Raumtemperatur um ca. 11%, d.h. daß ein Quader
geschmolzener Stahl sich um ca. 2,2% in jeder Dimension zusam-
menzieht.
Über die Schweißnaht sind Werkstoffe fest miteinander verbunden
und können daher nicht frei schrumpfen. Daher wird das Metall-
gefüge der Schweißnaht gestreckt man spricht von plastischer
Verformung. Bei sehr kleinen Querschnitten des Grundwerkstoffs
kann diese Verformung auch zu Sprödbrüchen im Grundwerkstoff
führen.
➪ Expansion und Kontraktion des der Schweißnaht umgebenden Ma-
terials:
Während des Schweißvorgangs wird ein relativ kleiner Bereich des
umgebenden Grundwerkstoffs auf eine hohe Temerpatur erhitzt
und will expandieren. Die Expansion wird jedoch durch das umlie-
gende kalte Material sowie durch die Expansion des Schmelzbades
teilweise unterbunden. Dort wo die Expansion möglich ist bilden
sich Ausbuchtungen, das restliche Material verformt sich plastisch.
Während des Abkühlvorgangs versucht das Material sich im glei-
chen Verhältnis zu kontrahieren, wie es zuvor expandiert hat. Je-
doch zieht sich das Material aufgrund der entstandenen Ausbuch-
tungen zu einer anderen Form zusammen. Daraus entstehen auf
das benachbarte Material starke Zugbelastungen.
Daher kann Distorsion zu folgenden Effekten fügen:
- Das Metall um die Schweißnaht kann durch plastische Verformung
die Kräfte aufnehmen.
- Das Werkstück wird durch die entstandenen Kräfte beim Abkühl-
vorgang verformt.
- Es kommt zu Sprödbrüchen oder Rissen.
12
Schweiß
Ø Elektro-
Vorschub
Strom
de[ mm ]
cm/min
[ A ]
1,0
60
32
1,6
110
30
1,6
140
30
2,4
190
25
3,2
250
22
4,0
350
20
Schweiß
Ø Elektro-
Vorschub
Strom
de[ mm ]
cm/min
[ A ]
1,0
45
32
1,6
100
30
1,6
125
30
2,4
170
25
3,2
225
22
4,0
300
20
Auf jeden Fall verbleiben sehr hohe Spannungen im Metallgefüge des
Werkstücks (siehe Abbildung).
Darstellung der Expansion:
Ausbuchtung
Schweißnaht
Kühl
Heiß
Darstellung der Kontraktion:
Schweißnaht
Die beim Abkühlen infolge von Kontraktion entstehenden Spannun-
gen treten in 3 Achsen auf:
(1) in Richtung quer zur Naht in Blechebene
(2) in Längsrichtung der Naht in Blechebene
(3) in Richtung quer zur Naht normal zur Blechebene
(Dickenrichtung).
Die Kontraktion längs und quer zur Naht in Blechebene ist abhängig
von Nahtlänge, Blechdicke, Konstruktion, Anzahl der Lagen, usw. Die
Schrumpfung normal zu Blechdicke hängt vorwiegend von der Blech-
dicke selbst ab.
Beispiele von durch Distorsion bedingte Verformungen:
6.11.1. Minimierung von Distorsionsverformungen
Es gibt viele Wege um Verformungen aufgrund von Distorsionen zu
unterbinden bzw. zu minimieren, die gebräuchlichsten sind folgend
erwähnt:
➪ Das Werkstück einspannen:
Sofern möglich ist das Einspannung, Fixieren des Werkstücks bzw.
der Werkstücke auch möglich um eine Verformung zu unterbinden.
➪ Das Werkstück verfestigen:
Dies geschieht indem man nach abgeschlossenem Schweißvor-
gang das aufgewölbte Metall durch Klopfen mit einem Hammer
abflacht.
Die Abhilfe ist jedoch nur oberflächlich und empfiehlt sich nicht bei
Mehrlagenschweißungen.
➪ Das Werkstück vorab verformen:
Manchmal weiß man aus Erfahrung um wieviel sich ein Werkstück
bei der gewählten Schweißart verformt. Daher ist es möglich das
Werkstück vorab zu verformen. Um nach dem Schweißvorgang das
gewünschte Ergebnis zu erhalten.
Ausbuchtung
Expansion
(Komprimierung)
Kühl
Heiß
Ausbuchtung
Permanente Ausbuchtung
Kontraktion
(Spannung / Zug)
Permanente Ausbuchtung
DE
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