Die Schweißbarkeit , auch Fügbarkeit genannt [ 1 ], eines Werkstoffs beschreibt seine Fähigkeit, verschweißt zu werden . Viele Metalle und Thermoplaste sind schweißbar, manche jedoch leichter als andere (siehe Rheologische Schweißbarkeit ). Die Schweißbarkeit eines Werkstoffs dient zur Bestimmung des Schweißprozesses und zum Vergleich der Schweißnahtqualität mit anderen Werkstoffen.
Die Schweißbarkeit ist oft schwer quantitativ zu definieren, daher wird sie in den meisten Normen qualitativ beschrieben. Beispielsweise definiert die Internationale Organisation für Normung (ISO) die Schweißbarkeit in der ISO-Norm 581-1980 wie folgt: „Ein metallischer Werkstoff gilt als bis zu einem bestimmten Grad mit bestimmten Verfahren und für bestimmte Zwecke schweißbar, wenn durch das Schweißen die Integrität des Metalls durch ein entsprechendes technologisches Verfahren so gewährleistet wird, dass die geschweißten Teile die technischen Anforderungen hinsichtlich ihrer eigenen Eigenschaften sowie ihres Einflusses auf die von ihnen gebildete Struktur erfüllen.“ Andere Schweißorganisationen definieren die Schweißbarkeit ähnlich. [ 2 ]
Stähle
Bei Stahl gibt es drei Hauptversagensarten, anhand derer die Schweißbarkeit gemessen werden kann: wasserstoffinduzierte Kaltrissbildung , Lamellenrissbildung und Ablösung der Punktschweißung . Die bedeutendste dieser Arten ist die wasserstoffinduzierte Kaltrissbildung . [ 3 ]
Wasserstoffinduziertes Kaltcracken
Die Schweißbarkeit von Stahl im Hinblick auf wasserstoffinduzierte Kaltbruchbildung ist umgekehrt proportional zu seiner Härtbarkeit , die die Leichtigkeit der Martensitbildung während der Wärmebehandlung beschreibt. Die Härtbarkeit von Stahl hängt von seiner chemischen Zusammensetzung ab: Höhere Anteile an Kohlenstoff und anderen Legierungselementen führen zu einer höheren Härtbarkeit und damit zu einer geringeren Schweißbarkeit. Um Legierungen aus vielen verschiedenen Werkstoffen beurteilen zu können, wird der sogenannte äquivalente Kohlenstoffgehalt verwendet. Dieser dient dazu, die relative Schweißbarkeit verschiedener Legierungen mit der eines unlegierten Kohlenstoffstahls zu vergleichen . Der Einfluss von Elementen wie Chrom und Vanadium auf die Schweißbarkeit ist zwar geringer als der von Kohlenstoff , aber beispielsweise signifikanter als der von Kupfer und Nickel . Mit steigendem äquivalenten Kohlenstoffgehalt nimmt die Schweißbarkeit der Legierung ab. [ 4 ]
Hochfeste niedriglegierte Stähle (HSLA) wurden in den 1970er Jahren speziell für Schweißanwendungen entwickelt. Diese im Allgemeinen gut schweißbaren Werkstoffe weisen eine gute Festigkeit auf und eignen sich daher ideal für viele Schweißanwendungen. [ 5 ]
Edelstähle verhalten sich aufgrund ihres hohen Chromgehalts hinsichtlich der Schweißbarkeit anders als andere Stähle. Austenitische Edelstähle sind in der Regel am besten schweißbar, neigen aber aufgrund ihres hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besonders zu Verzug. Einige Legierungen dieser Art sind zudem anfällig für Rissbildung und weisen eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. Heißrisse können entstehen, wenn der Ferritanteil im Schweißgut nicht kontrolliert wird. Um dieses Problem zu beheben, wird eine Elektrode verwendet, die ein Schweißgut mit geringem Ferritanteil erzeugt. Andere Edelstahlsorten, wie ferritische und martensitische Edelstähle, sind nicht so leicht zu schweißen und müssen häufig vorgewärmt und mit Spezialelektroden verschweißt werden. [ 6 ]
Lamellenrisse
Lamellenrisse sind eine Art von Versagensmechanismus, der nur bei gewalzten Stahlprodukten auftritt und bei der Verwendung von reineren Stählen praktisch eliminiert wurde.
Punktschweißen Abschälen
Die übermäßige Härtbarkeit, die beim Punktschweißen von HSLA-Stahl auftreten kann, kann problematisch sein. Der äquivalente Kohlenstoffgehalt kann als Parameter zur Beurteilung der Ausfallneigung herangezogen werden. [ 3 ]
Aluminium
Die Schweißbarkeit von Aluminiumlegierungen variiert stark in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der verwendeten Legierung. Aluminiumlegierungen neigen zu Heißrissen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, erhöhen Schweißer die Schweißgeschwindigkeit, um den Wärmeeintrag zu reduzieren. Vorwärmen verringert den Temperaturgradienten in der Schweißzone und trägt somit zur Verringerung der Heißrissbildung bei. Allerdings kann es die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs beeinträchtigen und sollte daher vermieden werden, wenn der Grundwerkstoff eingespannt ist. Auch die Gestaltung der Schweißnaht kann angepasst werden, und die Wahl eines besser geeigneten Zusatzwerkstoffs kann die Wahrscheinlichkeit von Heißrissen verringern. Aluminiumlegierungen sollten vor dem Schweißen gereinigt werden, um alle Oxide , Öle und losen Partikel von der zu verschweißenden Oberfläche zu entfernen. Dies ist besonders wichtig, da Aluminiumschweißnähte anfällig für Porosität durch Wasserstoff und Schlacke durch Sauerstoff sind. [ 7 ]
Prozessfaktoren
Obwohl die Schweißbarkeit für verschiedene Werkstoffe allgemein definiert werden kann, eignen sich manche Schweißverfahren besser für einen bestimmten Werkstoff als andere. Selbst innerhalb eines bestimmten Verfahrens kann die Qualität der Schweißnaht je nach Parametern wie Elektrodenmaterial, Schutzgasen, Schweißgeschwindigkeit und Abkühlgeschwindigkeit stark variieren. [ 1 ]
| Material | Lichtbogenschweißen | Autogenschweißen | Elektronenstrahlschweißen | Widerstandsschweißen | Hartlöten | Löten | Klebeverbindung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gusseisen | C | R | N | S | D | N | C |
| Kohlenstoffstahl und niedriglegierter Stahl | R | R | C | R | R | D | C |
| Edelstahl | R | C | C | R | R | C | C |
| Aluminium und Magnesium | C | C | C | C | C | S | R |
| Kupfer und Kupferlegierungen | C | C | C | C | R | R | C |
| Nickel und Nickellegierungen | R | C | C | R | R | C | C |
| Titan | C | N | C | C | D | S | C |
| Blei und Zink | C | C | N | D | N | R | R |
| Thermoplast † | N | N | N | N | N | N | C |
| Duroplaste | N | N | N | N | N | N | C |
| Elastomere | N | N | N | N | N | N | R |
| Keramik | N | S | C | N | N | N | R |
| Ungleiche Metalle | D | D | C | D | D/C | R | R |
| † Beheiztes Werkzeug = R; Heißgas = R; Induktion = C Legende: C = Häufig durchgeführt; R = Empfohlen; D = Schwierig; S = Selten; N = Nicht verwendet | |||||||
Siehe auch
- Rheologische Schweißbarkeit für Thermoplaste
Referenzen
- ^ a b c Degarmo, Black & Kohser 2003 , S. 930.
- ^ John C. Lippold (10. November 2014). Schweißmetallurgie und Schweißbarkeit . John Wiley & Sons. S. 1–2 . ISBN 978-1-118-96031-8Die
- ^ a b Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat rolling fundamentals , CRC Press, S. 141–142 , ISBN 978-0-8247-8894-0Die
- ^ Lincoln Electric, 6.1-1
- ^ Lincoln Electric, 6.1-14–6.1-19
- ^ Lincoln Electric, 7.1-9–7.1-13
- ^ Lincoln Electric, 9.1-1–9.1-6
