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technik:schweissen

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technik:schweissen [2019/12/09 09:28] (aktuell)
Christoph Moder angelegt
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 +====== Schweißen ======
 +===== Notizen aus dem Schweißkurs =====
 +Siehe: https://www.velomobilforum.de/forum/index.php?threads/workshop-schweissen-loeten.49218/
 +
 +Schweißverfahren:
 +  * Elektrodenschweißen:
 +    * Elektrode = Lichtbogen​
 +    * Elektrode = Zusatzmaterial​
 +    * Beschichtung der Elektrode = verdrängt Sauerstoff, entfernt Verunreinigungen​
 +  * MAG-Schweißen:
 +    * Elektrode = Lichtbogen​
 +    * Elektrode = Zusatzmaterial​
 +    * Schutzgas aus Gasflasche​
 +  * WIG-Schweißen:
 +    * Elektrode, Zusatzmaterial und Schutzgas sind getrennt => maximale Flexibilität​
 +    * Schutzgas = Argon; große Gasflaschen sind pro Volumen viel billiger, aber sind schwer​
 +
 +Elektroden für WIG:
 +  * je nach Stromstärke und Material unterschiedliche Elektroden
 +  * sind aus Wolfram, d.h. schmelzen nicht
 +  * Farbe am Ende: Material der Elektrode
 +  * Empfehlenswert: golden = WLa15 = mit Lanthanoxid
 +  * Achtung: manche Elektroden enthalten Thoriumoxid; dieses ist radioaktiv (Alphastrahler) => ungefährlich für die Haut, aber Staub (schleifen!) ist gefährlich (verstrahlt die Lunge von innen) => heutzutage gibt es bessere Alternativen
 +
 +Zusatzmaterial:
 +  * gleiches Metall wie das Werkstück
 +  * z.B. Stahl => Zusatzstab sieht aber rötlich aus, da mit Kupfer überzogen
 +  * für feine Nähte kann man einfach ein Stück MAG-Elektrode nehmen (wird auf Trommel verkauft)
 +
 +Brenner:
 +  * verschiedene Größen für verschiedene Ströme
 +  * üblicherweise hat das Schweißgerät einen Brenner dabei, der den maximalen Strom des Schweißgeräts verträgt (z.B. 160 A = recht klobiger Brenner)
 +  * Gaslinse: Normalerweise verlässt das Gas die Düse turbulent. Eine Gaslinse sorgt für einen laminaren Fluss
 +  * => Gas trifft gleichmäßiger auf das Werkstück, die Naht wird sauberer, es wird weniger Gas benötigt, die Elektrode kann weiter herausgezogen werden kann (da der Gasstrahl sie länger umgibt)
 +  * Düse: besteht aus gesinterter Keramik; auf der Düse steht der benötigte Gasstrom
 +
 +Schweißhelm:
 +  * Automatikhelm, z.B. von Speedglas
 +  * vor der Benutzung den Einschalter drücken, da sich der Helm nach einiger Zeit ausschaltet und nicht mehr auf Licht reagiert
 +  * Helligkeit: Je nach Vorliebe – so hell, dass man noch genug sieht, aber so dunkel, dass man nicht geblendet wird. Hängt von der Stromstärke ab; für über 160 A braucht man üblicherweise Spezialhelme, die stärker verdunkeln können.
 +  * Empfindlichkeit: Hier empfiehlt sich eine möglichst hohe Empfindlichkeit – außer wenn mehrere Schweißer nah beieinander arbeiten, und der eigene Helm immer beim Schweißen der Nachbarn auslöst.
 +  * Verzögerung: Wie lange der Helm nach dem Ende des Lichtbogens noch dunkel bleiben soll.
 +  * Selbst wenn der Helm nicht auslöst, schützt er vor UV-Strahlung, man wird lediglich geblendet.
 +
 +Zubehör:
 +  * TIG-Finger: Hitzeschutz aus nichtbrennbarem Gewebe, z.B. Glasfaser, Basaltfaser
 +  * Handschuhe: aus Leder (Nappaleder, mit Stulpen aus Spaltleder) => schützen vor Hitze, aber Finger haben ausreichend Beweglichkeit; z.B. Stronghand, Größe 10 => schützen vor Hitze
 +  * Kleidung: nicht brennbar, z.B. aus Baumwolle, oder evtl. Lederschürze
 +  * Die Kleidung muss den ganzen Körper bedecken, da die harte UV-Strahlung schlimmen Sonnenbrand verursacht.
 +
 +Einstellungen am Brenner:
 +  * Eine größere Düse sorgt für eine bessere Gasabschirmung, braucht aber mehr Gas, und ist klobiger.
 +  * => Mit der größten Düse arbeiten, mit der man noch alle Stellen erreichen kann.
 +  * Die nötige Gasmenge steht auf der Düse, als Einheit l/min.
 +  * => Den Gasstrom muss man an der Gasflasche einstellen.
 +  * => Der Gasstrom ist sehr schwach, d.h. man kann nicht z.B. draußen bei Wind schweißen (oder muss das Gas sehr viel weiter aufdrehen).
 +  * zu viel Gas => Gasstrom wird turbulent, und saugt via Bernoulli-Effekt Umgebungsluft an
 +
 +Länge der Elektrode:
 +  * Abstand der Elektrodenspitze von der Gasdüse: maximal Durchmesser der Düse, eher weniger. Nur bei engen Kehlnähten mehr.
 +  * => Je mehr Gas strömt, desto weiter wird die Spitze geschützt und kann entsprechend weiter hinausgezogen werden.
 +  * => In Kehlnähten kann das Gas schlechter entweichen, entsprechend kann die Elektrode weiter herausgezogen werden.
 +  * Wenn eine Elektrode Oxidationsfarben bekommt, obwohl man sie nur unter Gasabschluss betrieben hat, bedeutet das, dass sie zu weit heraussteht. Wie weit, sieht man an den Farben.
 +  * Wenn die Elektrode aufgesessen ist, wird sie verunreinigt. D.h. man kann die Spitze mit wenig Kraft abbrechen. => Muss neu angespitzt werden.
 +
 +Elektrode anspitzen:
 +  * z.B. auf einem Schleifgerät mit Diamantschleifscheibe, um eine glatte Oberfläche zu erreichen
 +  * Elektrode in tangentiale Richtung halten => Riefen sind in Längsrichtung
 +  * => Da die Riefen als Abrisskanten für Elektronen dienen, würden Riefen in Querrichtung dafür sorgen, dass Elektronen die Elektrode nicht nur an der Spitze verlassen, d.h. der Strahl wäre breiter.
 +  * Winkel: Für geringe Ströme sollte die Spitze der Elektrode 2–3-mal so lang wie der Durchmesser sein, für hohe Ströme stumpfer.
 +
 +Einstellungen am Schweißgerät:
 +  * Gasvorlauf: Sekunden, die das Gas öffnet, bevor Strom fließt. => Damit bei der Zündung bereits ein Schutzgasmantel vorhanden ist, statt den Lichtbogen in der Umgebungsluft zu zünden. Beispielwert: 2 Sekunden.
 +  * Startstrom: hier kann man einen niedrigeren Strom einstellen, damit der Lichtbogen nicht gleich mit voller Leistung brennt, sondern man Zeit zum Positionieren hat
 +  * Stromanstieg: Zeit, bis die maximale Stromstärke erreicht wird
 +  * Schweißstrom: dieser hängt vom Wärmebedarf ab; bei großer Materialstärke bzw. großer Wärmekapazität (z.B. an Kehlnähten) braucht man mehr Strom, bei exponierten Kanten weniger
 +  * => der Schweißstrom kann auch über ein Fußpedal geregelt werden
 +  * Stromabsenkung: Zeit, bis der Strom auf den Schlussstrom absinkt
 +  * Schlussstrom: niedrigerer Strom am Ende
 +  * Gasnachlauf: die Schweißnähte glühen nach dem Schweißen, können also leicht oxidieren; ein paar Sekunden Gasnachlauf schützt die Nähte, bis sie abgekühlt sind
 +  * AC/DC (Wechselstrom/Gleichstrom)
 +  * Balance: Gibt an wie weit der Mittelwert der Wechselspannung in den positiven oder negativen Bereich verschoben wird. Je weiter negativ, desto niedriger die Elektrodenbelastung, aber desto schlechter die Reinigungsleistung
 +  * Impulsschweißen: Schweißstrom pulsiert; Hohe Frequenzen (300-800Hz) dienen der Durchmischung des Schmelzbades. wird v.a. bei Titan verwendet. Sehr hohe Frequenzen (3-5KHz) schüren den Elektronenstrahl ein -> man kommt mit einem kleineren Schmelzbad aus -> schmalere Naht möglich und kann somit auch dünnere Bleche schweißen
 +  * bzw. man kann auch eine sehr niedrige Impulsfrequenz einstellen (ca. 1 Hz), das dient dem Schweißer dann als Metronom
 +  * 2-Takt/4-Takt: Bei ersterem hält man den Knopf gedrückt; zuerst kommt das Gas, dann zündet der Lichtbogen automatisch, und erlöscht erst, wenn man loslässt. Bei letzterem hält man den Schalter nicht, sondern tippt – das erste Mal für das Gas, das zweite Mal für den Lichtbogen, das dritte Mal für das Ende des Lichtbogens, das vierte Mal für das Ende des Gasflusses
 +
 +Polarität, Gleichstrom oder Wechselstrom?
 +  * Normalerweise verwendet man Gleichstrom, mit negativer Polarität an der Elektrode.
 +  * => Die Masse-Klemme hat positive Polarität, anders als bei Elektronik üblich.
 +  * Elektronen kommen aus der Elektrodenspitze, und treffen auf das Werkstück; dadurch ist der Elektronenstrahl viel fokussierter, als wenn er vom stumpfen Werkstück käme.
 +  * Magnetfeld (durch den Schweißstrom) fokussiert den Strahl zusätzlich.
 +  * Elektronen werden durch das elektrische Feld zum Werkstück hin beschleunigt, d.h. erhitzen das Werkstück nicht nur durch den elektrischen Widerstand, sondern auch durch ihre kinetische Energie.
 +  * => ca. 70% der Hitze landet auf dem Werkstück, 30% auf der Elektrode
 +  * Bei umgekehrter Polarität wäre das alles anders herum, und man könnte keine so hohen Ströme verwenden bzw. bräuchte eine dickere Elektrode.
 +  * Aluminium ist von einer Oxidschicht überzogen, die einen viel höheren Schmelzpunkt als das Metall hat
 +  * => Beim Alu-Schweißen mit Gleichstrom erhält man flüssiges Metall, das von einer festen Haut überzogen ist, die sich bei Beschädigung sofort neu bildet => Konsistenz wie eine Wasserbombe
 +  * Wenn man bei Alu die Polarität umdreht, reißen die Elektronen aus dem Metall die Oxidschicht mit sich => man kann schweißen, aber mit allen Nachteilen positiver Polarität.
 +  * Daher verwendet man bei Alu Wechselstrom, um beide Vorteile zu kombinieren; Frequenz ca. 150 Hz.
 +  * Aluminium: Bei Kehlnähten wird im Regelfall nicht bis in die Ecke hinein durchgeschweißt (Reinigungswirkung vom Elektronenstrahl kommt nicht hin), führt zu "Anriss" auf der Nahtrückseite -> Sollbruchstelle -> Nähte möglichst nicht hoch belasten.
 +  * Balance: Wechselstrom mit Gleichstrom-Anteil, d.h. Wechselstrom mit mehr negativer als positiver Polarität
 +
 +Dimensionierung der Bauteile:
 +  * Materialien unterscheiden sich in ihrer Dehngrenze (bei größerer Dehnung ist die Verformung nicht mehr elastisch), ihrer Steifigkeit (Elastizitätsmodul) und Dauerfestigkeit (Wöhlerkurve).
 +  * Fahrradbau: wenn man die Dimensionierung ausrechnet, wird es leicht überdimensioniert => bei anderen Herstellern schauen, welche Dimensionierung die verwenden
 +  * Wöhlerkurve: Gibt die Maximalspannung über der Zahl der Lastwechsel bis zum Bruch an. D.h. für eine geringere Spannung oder geringere Zahl an Lastwechseln hält das Bauteil.
 +  * => Für Stahl erreicht diese Kurve eine Horizontale, d.h. ab einer bestimmten Maximalspannung ist Stahl dauerfest.
 +  * => Für Aluminium und Titan erreicht diese Kurve keine Horizontale, d.h. man muss diese Materialien deutlich stärker überdimensionieren als Stahl – ungefähr doppelt so stark.
 +  * Anekdote: SRAM und Titanfedern im Schaltwerk, hat sich als Fehler herausgestellt, waren nicht dauerfest.
 +
 +Werkstück vorbereiten:
 +  * Oxidschicht etc. wegschleifen
 +  * entgraten
 +  * Reinigung mit Grobreinigungsvlies („Russenfilz“)
 +  * entfetten; z.B. mit Bremsenreiniger
 +  * Nähte v-förmig anschleifen, damit man die Nähte nicht nur oberflächlich zusammenschweißt, sondern auf ganzer Dicke
 +
 +Edelstahl:
 +  * ist austenischer Stahl, versus ferritischer Stahl
 +  * => darf nicht mit ferritischem Stahl in Kontakt kommen
 +  * => zur Verarbeitung braucht man eigene Werkzeuge, z.B. eigenes Schleifpapier/Schleifscheiben, eigene Feilen, Drahtbürsten
 +
 +Materialien und Einstellungen:
 +  * siehe Tabellen; z.B. für Baustahl 2 mm:
 +  * Elektrode Wolfram WLa 15, 1.6 mm = golden
 +  * Zusatzstab 2 mm, ER70S
 +  * Düse 5 l/min
 +  * Gleichstrom, negative Polarität
 +  * Strom ca. 44–56 A (wenig an spitzen Stellen, wo die Wärme nicht abfließen kann; viel bei Kehlnähten und Schweißpunkten)
 +
 +Schweißen:
 +  * Werkstück gut einspannen
 +  * Masse-Zange befestigen
 +  * Schlauch gut ablegen, damit er nicht durch sein Gewicht am Brenner zerrt
 +  * Zündung: Moderne Geräte haben eine Hochfrequenzzündung, d.h. der Lichtbogen zündet automatisch. Bei älteren Geräten musste man die Elektrode über das Werkstück streichen (und verunreinigt dabei die Elektrode).
 +  * => Wenn man Zündversuche hört, aber kein Lichtbogen entsteht, hat man höchstwahrscheinlich vergessen, die Masse anzuklemmen.
 +  * Brenner wie einen Griffel halten, um ihn möglichst präzise führen zu können
 +  * Elektrode gekippt halten, und entgegen der Kipprichtung schweißen
 +  * Elektrode ca. 1 mm über dem Werkstück
 +  * => Finger auflegen (mittels z.B. TIG-Finger) als Abstandhalter
 +  * Einen Punkt erhitzen, bis sich ein Schmelzbad bildet.
 +  * Brenner etwas zur Seite bewegen, und Zusatzmaterial in das Schmelzbad tippen.
 +  * Stab mit Zusatzmaterial nur wenige mm entfernen, da dieses noch glüht, und deshalb innerhalb des Schutzgases bleiben muss.
 +  * mit Elektrode über den Rand des Schmelzbades, bis wieder kreisförmig aufgeschmolzen
 +  * => wiederholen, ergibt Schuppenform
 +  * Da sich Wärme staut, schmilzt das Werkstück immer schneller => man muss immer schneller arbeiten, um gleichmäßige Schuppen zu bekommen.
 +  * Schweißgerät = Konstantstromquelle
 +  * => Bei größerem Abstand der Elektrode steigt die Spannung, der Strom bleibt aber gleich, d.h. Leistung steigt, wenn man die Elektrode wegzieht.
 +
 +Strategie:
 +  * zuerst Schweißpunkte setzen, diagonal gegenüber, um die Bauteile zu fixieren
 +  * zuerst auf der dem Schweißpunkt gegenüber liegenden Seite schweißen, damit der Schweißpunkt während dessen hält und nicht gleich wieder weggeschmolzen wird
 +  * vor dem Schweißen: Trockenübung, um zu testen, ob man gut hinkommt
 +  * Richtung: so, dass man die Finger nicht direkt neben der gerade geschweißten Naht auf das Metall legt, weil das zu heiß wäre
 +  * Schlitze zuschweißen: vom offenen Ende her, da man sonst dort, wo die Wärme nicht abfließen kann, schnell Löcher brennt
 +  * => man kann Schlitze bis zur Breite der Materialstärke direkt zuschweißen
 +  * Löcher zuschweißen: Schicht um Schicht eine „Mauer“ aufbauen
 +  * unterschiedliche Teile zusammenschweißen: Elektrode auf das Teil richten, das mehr Wärme aushält
 +  * => das dickere Teil, oder das Teil, das nicht unterbrochen ist bzw. wo mehr Metall in der Nachbarschaft vorhanden ist, hält mehr Wärme aus
 +  * Geschlossene Bauteile brauchen ein Loch, damit Luft entweichen kann; sonst entsteht ein Krater, da Luft nach innen gesaugt wird, oder schlimmer, nach außen (spritzt in die Düse/Gaslinse).
 +  * => Man kann das Loch verstecken, z.B. in Gewinden von Anschweißteilen, wo eine Schraube es abdeckt.
 +  * Aluminium: Schweißnähte halten nur über die Raupe, d.h. innen und am Stoß ist das Werkstück nicht angeschmolzen; von diesen Stellen können Brüche ausgehen
 +
 +Fehlerbilder:
 +  * deutliche Oxid-Kristalle auf der Schweißnaht: zu wenig Schutzgas
 +  * Anfangskrater
 +  * Endkrater
  
technik/schweissen.txt · Zuletzt geändert: 2019/12/09 09:28 von Christoph Moder