Wiki Velomobil-Forum

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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