Durch Schweißung Bedingte Distorsion; Minimierung Von Distorsionsverformungen - Rotek Swg-M350P Benutzer- Und Wartungshandbuch

Schweißen von un-/niedriglegiertem Stahl:
Polung: Gleichstrom (-), Schutzgas: Argon (I1)
Blech-
Fugen- Lagen-
dicke
form zahl
[ 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- Lagen-
dicke
form zahl
[ 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 Schweiß-
prozesses entstehen beim Abkühlvorgang immer Distorsio-
nen (Verzerrungen im Metallgefüge).
Manchmal sind diese Distorsionen irrelevant bzw. bedürfen
keiner weiteren Beachtung. Sie können aber bei komplexen
Schweißungen oder bei Anwendung eines falschen Schweiß-
vorgangs (Schweißstrom, Elektrodendurchmesser, Werk-
stoffe, usw.) zu Sprödbrüchen oder Rissen führen!
Das Thema Distorsion beim Schweißen ist so komplex, daß
hier lediglich eine Einführung sinnvoll ist.
Distorsion tritt auf weil:
● Das aufgeschmolzene Material schrumpft:
Das Volumen geschmolzenen Stahls schrumpft wäh-
rend des Abkühlvorgangs auf Raumtemperatur um ca.
11%, d.h. daß ein Quader geschmolzener Stahl sich um
ca. 2,2% in jeder Dimension zusammenzieht.
Über die Schweißnaht sind Werkstoffe fest miteinan-
der verbunden und können daher nicht frei schrump-
fen. Daher wird das Metallgefüge der Schweißnaht
gestreckt man spricht von plastischer Verformung. Bei
sehr kleinen Querschnitten des Grundwerkstoffs kann
diese Verformung auch zu Sprödbrüchen im Grund-
werkstoff führen.
● Expansion und Kontraktion des der Schweißnaht umge-
benden Materials:
Während des Schweißvorgangs wird ein relativ kleiner
Bereich des umgebenden Grundwerkstoffs auf eine
hohe Temerpatur erhitzt und will expandieren. Die Ex-
pansion wird jedoch durch das umliegende kalte Ma-
terial 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 Materi-
al sich im gleichen Verhältnis zu kontrahieren, wie es
zuvor expandiert hat. Jedoch zieht sich das Material
aufgrund der entstandenen Ausbuchtungen 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 Abkühlvorgang verformt.
- Es kommt zu Sprödbrüchen oder Rissen.
Auf jeden Fall verbleiben sehr hohe Spannungen im Metall-
gefüge des Werkstücks (siehe Abbildung).
20
Ø Elek- Schweiß Vor-
trode[ Strom schub
mm ] [ A ] cm/min
1,0 60 32
1,6 110 30
1,6 140 30
2,4 190 25
3,2 250 22
4,0 350 20
Ø Elek- Schweiß Vor-
trode[ Strom schub
mm ] [ A ] cm/min
1,0 45 32
1,6 100 30
1,6 125 30
2,4 170 25
3,2 225 22
4,0 300 20
Darstellung der Expansion:
Ausbuchtung Schweißnaht
Kühl
Heiß
Darstellung der Kontraktion:
Schweißnaht
Die beim Abkühlen infolge von Kontraktion entstehenden
Spannungen 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 Blechdicke selbst ab.
Beispiele von durch Distorsion bedingte Verformungen:

6.11.1. Minimierung von Distorsionsverformungen

Es gibt viele Wege um Verformungen aufgrund von Distorsi-
onen zu unterbinden bzw. zu minimieren, die gebräuchlichs-
ten sind folgend erwähnt:
● Das Werkstück einspannen:
Sofern möglich ist das Einspannung, Fixieren des Werk-
stücks bzw. der Werkstücke auch möglich um eine Ver-
formung zu unterbinden.
● Das Werkstück verfestigen:
Dies geschieht indem man nach abgeschlossenem
Schweißvorgang 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. Da-
her ist es möglich das Werkstück vorab zu verformen.
Um nach dem Schweißvorgang das gewünschte Ergeb-
nis zu erhalten.
Ausbuchtung
Expansion
(Komprimierung)
Kühl
Heiß
Ausbuchtung
Permanente Ausbuchtung
Kontraktion
(Spannung / Zug)
Permanente Ausbuchtung
DE