View
0
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Leseprobe
Schweißtechnik
Schweißen von metallischen Konstruktionswerkstoffen
Herausgegeben von Klaus-Jürgen Matthes, Werner Schneider
ISBN (Buch): 978-3-446-44561-1
ISBN (E-Book): 978-3-446-44554-3
Weitere Informationen oder Bestellungen unter
http://www.hanser-fachbuch.de/978-3-446-44561-1
sowie im Buchhandel.
© Carl Hanser Verlag, München
Vorwort
Die schweißtechnische Ausbildung hat in Chemnitz eine langjährige Tradition. Ab dem Jahr 1922 er-folgte eine theoretische und praktische Ausbildung in den Hörsälen und Laborräumen der damaligen Höheren Technischen Lehranstalt. Es wurden die ersten schweißtechnischen Lehrgänge in Verfah-renstechniken des Gas- und Lichtbogenschweißens durchgeführt und Schweißerprüfungen abgenom-men. Dieser Tradition fühlen sich die Herausgeber und Autoren verpflichtet.
Forschung, Entwicklung und Anwendung des Schweißens und verwandter Verfahren haben gro-ße volkswirtschaftliche Bedeutung. Geschweißte Bauteile finden wir sowohl im Maschinen-, Appara-te- und Stahlbau als auch im Automobil-, Schiff- und Flugzeugbau sowie in vielen weiteren technischen Produkten. Die fortschreitende Automatisierung in der Schweiß technik ermöglicht u. a. auch eine um-fassende fertigungstechnische Nutzung physikali-scher und chemischer Effekte zum örtlich begrenz-ten Energieeintrag (Wärme und/oder Druck). Diese unterschiedlichen physikalischen und chemischen Effekte und ihre Kombinationen bilden die Grundla-ge für die Gliederung dieses Buches und der Verfah-rensbeschreibungen.
Neben den theoretischen Grundlagen werden die Schweißverfahren vorgestellt und ihre Anwen-dungsgebiete aufgezeigt. Schwerpunkte bei den ein-zelnen Verfahren sind: Wirkprinzipien und gerätetechnische Umsetzung, Verfahrensmerkmale und Anwendungen, Merkblätter und Fachnormen, Verfahrensprinzip und Anlagentechnik, Verfahrensvarianten, Zusatzwerkstoffe, Schweißeignung, Gestaltungs- und Fertigungshinweise,
Qualitätsmerkmale, Gütesicherung und Prüfver-fahren sowie
Arbeits- und Gesundheitsschutz.
Schweißen dient dazu, eine Schweißverbindung oder eine geschweißte Beschichtung herzustellen. Voraussetzung für eine qualitätsgerechte Ausfüh-rung ist die Berücksichtigung der Einflussfaktoren auf die Schweißbarkeit. Diese Einflussfaktoren umfassen sowohl die konstruktive Gestaltung und die stofflichen Gegebenheiten des zu schweißen-den Produkts als auch die fertigungstechnischen Bedingungen. Die fachkundige Ausführung des Schweißvorganges kann nur dann zur qualitäts-gerechten Verbindungen führen, wenn das Vorbe-reiten der Fügestelle und das Nachbereiten sowie Kontrollieren der Verbindung mit Sorgfalt und Umsicht ausgeführt werden. Eine komplexe Be-rücksichtigung der verschiedenen Einflüsse ist im realen Schweißprozess deshalb in jedem Fall un-erlässlich.
Das vorgelegte Lehr- und Fachbuch wendet sich vor allem an Studierende des Maschinenbaus, der Produktionstechnik und der Konstruktionstechnik an Universitäten, Fachhochschulen, Berufsakademi-en und Weiterbildungseinrichtungen. Es soll ihnen die Möglichkeit geben, den Lernstoff aus den Vorle-sungen zu vertiefen sowie Seminare und Übungen gezielt und fundiert vorzubereiten. Natürlich bietet es auch Studienbewerbern die Möglichkeit, sich über das Wissensgebiet „Schweißen und verwandte Verfahren“ umfangreich zu informieren. Nicht zu-letzt wird es zur Auffrischung und als Nachschlage-werk für in der Praxis tätige Ingenieure und interes-sierte Leser nutzbar sein.
Das Buch präsentiert den aktuellen Stand des Fachgebietes und der Fachnormen. Die systemati-sche Gliederung des Buches und die annähernd 800
Vorwort6
Begriffe des Sachwortverzeichnisses geben dem Nutzer eine klare Orientierung und ermöglichen ein schnelles Auffinden der gesuchten Texte, Tafeln und Bilder.
Bei der vollständig überarbeiteten 5. Auflage die-ses Buches haben neue, sehr fachkompetente Auto-ren mitgewirkt. In der nun vorliegenden 6. Auflage wurden in erster Linie Aktualisierungen von Nor-men, Fehlerkorrekturen sowie einige Ergänzungen vorgenommen.
Wir wünschen den Lesern, dass sie die Antwor-ten auf ihre Fragen zu den Schweißverfahren finden und dass trotz der Fülle des Stoffs Klarheit und Ver-ständnis dominieren.
Den Autoren und allen, die an der Fertigstellung dieses Fachbuches maßgeblich mitgearbeitet haben, wird für die gute Zusammenarbeit gedankt.
Die Herausgeber
Inhalt
Vorwort ............................................................. 5
1 Grundlagen ........................................... 151.1 Einteilung der Fertigungs verfahren nach
DIN 8580 ................................................ 151.2 Fügen durch Schweißen .......................... 171.3 Wirkprinzipien beim Schweißen .............. 19
2 Schweißbarkeit .................................... 292.1 Grundlagen und Einteilung .................... 292.2 Schweißeignung von Stählen .................. 312.3 Schweißsicherheit ................................... 36
2.3.1 Konstruktive Gestaltung ....... 372.3.2 Beanspruchungszustand ....... 402.3.3 Regelwerke zur Auslegung
von Schweißkonstruktionen . 402.3.4 Anwendung von Finite-
Elemente-Methoden zur Bemessung geschweißter Tragwerke ................................ 43
2.4 Schweißmöglichkeit ................................ 442.4.1 Grundlagen .............................. 442.4.2 Vorbereitungen zum
Schweißen................................ 452.4.3 Durchführung des
Schweißens .............................. 472.4.4 Nacharbeiten beim
Schweißen................................ 552.4.5 Anwendung numerischer
Simulationen für die Prozess analyse beim Schweißen................................ 55
2.5 Qualitätssicherung beim Schweißen ....... 562.6 Arbeitsschutz beim Schweißen ................ 592.7 Schweißen im Produkt-, Umwelt- und
Energie management ............................... 60
3 Schweißen mit Lichtbogen ................. 643.1 Grundlagen der Lichtbogentechnik ......... 64
3.1.1 Physik des Lichtbogens ......... 643.1.2 Zünden des Lichtbogens ....... 673.1.3 Betrieb des Lichtbogens ........ 68
3.2 Schweißstromquellen zum Lichtbogen-schweißen ............................................... 703.2.1 Überblick ................................. 703.2.2 Schweißumformer .................. 703.2.3 Schweißtransformatoren ....... 713.2.4 Schweißgleichrichter ............. 723.2.5 Schweißumrichter .................. 753.2.6 Statische Kennlinien von
Schweißstromquellen ............ 753.2.7 Dynamische Eigenschaften
von Schweißstromquellen ..... 763.2.8 Regelungsprinzipien zur
Arbeitspunktstabilisierung .. 773.2.9 Modulationsarten bei
Impulsstromquellen ............... 783.2.10 Angaben auf dem Leistungs-
schild ........................................ 793.3 Schweißbrenner zum
Lichtbogenschweißen .............................. 813.3.1 Stabelektrodenhalter ............. 813.3.2 Stromkontakteinrichtung
zum UP-Schweißen ................ 813.3.3 Schweißbrenner mit nichtab-
schmelzender Elektrode ........ 823.3.4 Schweißbrenner mit
abschmelzender Elektrode ... 843.3.5 Bolzenschweißpistolen .......... 85
3.4 Drahtvorschub systeme zum Lichtbogenschweißen .............................. 863.4.1 Grundaufbau ........................... 863.4.2 Stirnrollenantrieb................... 863.4.3 Planetarantrieb ....................... 88
Inhalt8
3.4.4 Bauformen mit potenzialfüh-render Drahtelektrode ........... 88
3.4.5 Bauformen mit nicht potenzialführender Draht-elektrode .................................. 89
3.4.6 Drahtrichteinheiten ............... 903.5 Zusatzwerkstoffe zum
Lichtbogenschweißen .............................. 903.5.1 Stabelektroden ........................ 903.5.2 Schweißstäbe .......................... 933.5.3 Massivdrahtelektroden ......... 953.5.4 Fülldrahtelektroden ............... 983.5.5 Schweißpulver zum UP-
Schweißen................................ 1013.5.6 Schweißpulver zum Plasma-
Pulver-Auftragschweißen (PTA) ......................................... 104
3.5.7 Schweißbolzen ........................ 1043.6 Gase zum Lichtbogen schweißen .............. 105
3.6.1 Aufgaben von Schutzgasen ... 1053.6.2 Eigenschaften von
Schutzgasen ............................ 1063.6.3 Einteilung und Bezeichnung
von Schutzgasen ..................... 1073.6.4 Herstellung von
Schutzgasen ............................ 1073.6.5 Lieferarten und Entnahme-
stellen ....................................... 1093.6.6 Kennzeichnung von Druck-
gasflaschen .............................. 1103.7 Lichtbogenhand schweißen (Prozess 111) 111
3.7.1 Verfahrensprinzipien und Anlagentechnik....................... 111
3.7.1.1 Funktionsweise ....................... 1113.7.1.2 Schweißstromquellen ............ 1123.7.1.3 Elektrodenhalter ..................... 1123.7.1.4 Stabelektroden ........................ 1123.7.2 Anwendung ............................. 1173.7.2.1 Allgemeines ............................. 1173.7.2.2 Reparaturschweißen .............. 1183.7.2.3 Auftragschweißen .................. 1183.7.2.4 Verbindungsschweißen ......... 1183.7.3 Fertigungshinweise ................ 1183.7.3.1 Konstruktive Gestaltung und
Nahtvorbereitung ................... 1183.7.3.2 Zündvorgang ........................... 1203.7.3.3 Führen der Elektrode ............. 121
3.7.3.4 Schweißparameter .................. 1233.7.4 Fehler beim Lichtbogen-
handschweißen ....................... 1243.7.4.1 Häufige Ursachen und
Fehlerbilder ............................. 1243.7.4.2 Poren ........................................ 1243.7.4.3 Schlackeeinschlüsse .............. 1263.7.4.4 Bindefehler .............................. 1263.7.4.5 Geometrische Unregelmä-
ßigkeiten .................................. 1263.7.5 Gefährdungen für den
Schweißer ................................ 1273.8 Wolfram-Inertgas schweißen
(Prozess 141) .......................................... 1273.8.1 Verfahrensprinzip
und Anlagentechnik .............. 1283.8.1.1 Funktionsweise ....................... 1283.8.1.2 Schutzgase ............................... 1293.8.1.3 Wolframelektroden ................ 1323.8.1.4 Zusatzwerkstoff ...................... 1343.8.1.5 Schweißstromquellen
und Brennertechnik ............... 1343.8.2 Verfahrensvarianten .............. 1353.8.2.1 Zünden des Lichtbogens ....... 1353.8.2.2 Stromart und Polarität ........... 1363.8.2.3 Mechanisierungsgrad ............ 1393.8.2.4 WIG-Schweißen mit Zusatz-
werkstoff .................................. 1393.8.3 Anwendung ............................. 1413.8.3.1 Verbindungsschweißen ......... 1413.8.3.2 Reparaturschweißen .............. 1413.8.3.3 WIG-Orbitalschweißen .......... 1413.8.3.4 WIG-Punktschweißen ............ 1423.8.3.5 WIG-Engspaltschweißen ....... 1433.8.3.6 WIG-Auftragschweißen ......... 1453.8.3.7 Sonderanwendungen ............. 1453.8.4 Fertigungshinweise ................ 1463.8.4.1 Konstruktive Gestaltung und
Nahtvorbereitung ................... 1463.8.4.2 Zündvorgang ........................... 1463.8.4.3 Brennerführung ..................... 1473.8.4.4 Heften ....................................... 1473.8.4.5 Gasschutz ................................ 1483.8.4.6 Richtwerte ............................... 1493.8.5 Fehler beim WIG-Schweißen 1503.8.5.1 Gaseinschlüsse ....................... 1503.8.5.2 Bindefehler .............................. 151
Inhalt 9
3.8.5.3 Wolframeinschlüsse ............... 1513.8.5.4 Oxideinschlüsse ..................... 1513.8.5.5 Häufige Fehlerbilder und
Ursachen .................................. 1523.8.6 Gefährdungen für den
Schweißer ................................ 1543.9 Plasmaschweißen (Prozess 15) ............... 155
3.9.1 Verfahrensprinzip und Anlagentechnik .............. 156
3.9.1.1 Funktionsweise ....................... 1563.9.1.2 Prozess- und Schutzgase ....... 1593.9.1.3 Wolframelektroden ................ 1623.9.1.4 Zusatzwerkstoff ...................... 1643.9.1.5 Schweißstromquellen
und Brennertechnik ............... 1653.9.2 Verfahrensvarianten .............. 1683.9.2.1 Zünden des Lichtbogens ....... 1683.9.2.2 Stromart und Polarität ........... 1683.9.2.3 Mechanisierungsgrad ............ 1723.9.2.4 Plasmaschweißen mit
Zusatzwerkstoff ...................... 1723.9.2.5 Schmelzbadausbildung ......... 1743.9.3 Anwendung ............................. 1753.9.3.1 Verbindungsschweißen ......... 1753.9.3.2 Plasma-Punktschweißen ....... 1753.9.3.3 Plasma-Auftragschweißen .... 1773.9.3.4 Mikroplasmaschweißen ........ 1783.9.4 Fertigungshinweise ................ 1793.9.4.1 Allgemeines ............................. 1793.9.4.2 Konstruktive Gestaltung und
Nahtvorbereitung ................... 1803.9.4.3 Zündvorgang ........................... 1803.9.4.4 Brennerführung ..................... 1813.9.4.5 Heften ....................................... 1823.9.4.6 Gasschutz ................................ 1823.9.4.7 Richtwerte ............................... 1833.9.5 Fehler beim Plasma-
schweißen ................................ 1853.9.5.1 Gaseinschlüsse ....................... 1853.9.5.2 Nahtunterwölbung ................. 1863.9.5.3 Einbrandkerben ...................... 1863.9.5.4 Oxideinschlüsse ..................... 1863.9.5.5 Häufige Fehlerbilder und
Ursachen .................................. 1863.9.6 Gefährdungen für den
Schweißer ................................ 186
3.10 Metall-Schutzgas schweißen (Prozess 13) 1883.10.1 Verfahrensprinzip
und Anlagentechnik .............. 1893.10.1.1 Funktionsweise ....................... 1893.10.1.2 Schutzgase ............................... 1903.10.1.3 Zusatzwerkstoff ...................... 1943.10.1.4 Schweißstromquellen und
Brennertechnik ....................... 1943.10.2 Lichtbogenarten ...................... 1963.10.2.1 Allgemein ................................ 1963.10.2.2 Kurzlichtbogen ....................... 1963.10.2.3 Übergangslichtbogen ............. 1973.10.2.4 Sprühlichtbogen ..................... 1973.10.2.5 Impulslichtbogen .................... 1973.10.2.6 Hochleistungs-Kurz-
lichtbogen ................................ 1983.10.2.7 Instabiler Lichtbogen ............. 1983.10.2.8 Rotierender Lichtbogen ......... 1983.10.2.9 Hochleistungs-Sprüh-
lichtbogen ................................ 1993.10.2.10 Kräfte beim Werkstoff-
übergang .................................. 1993.10.3 Verfahrensvarianten .............. 2013.10.3.1 Hochleistungsschweißen....... 2013.10.3.2 Energiereduzierte MSG-
Prozesse ................................... 2053.10.3.3 Modifizierte MSG-
Impulsprozesse ....................... 2073.10.3.4 MSG-Hybridprozesse ............. 2093.10.3.5 Zünden des Lichtbogens ....... 2103.10.3.6 Mechanisierungsgrad ............ 2113.10.4 Anwendung ............................. 2113.10.4.1 Verbindungsschweißen ......... 2113.10.4.2 MSG-Engspaltschweißen ....... 2123.10.4.3 MSG-Auftragschweißen ......... 2133.10.4.4 Sonderanwendungen ............. 2143.10.5 Fertigungshinweise ................ 2153.10.5.1 Konstruktive Gestaltung und
Nahtvorbereitung ................... 2153.10.5.2 Zündvorgang ........................... 2163.10.5.3 Brennerführung ..................... 2163.10.5.4 Heften ....................................... 2183.10.5.5 Gasschutz ................................ 2183.10.5.6 Richtwerte ............................... 2193.10.6 Fehler beim MSG-Schweißen 2203.10.6.1 Gaseinschlüsse ....................... 2203.10.6.2 Bindefehler .............................. 221
Inhalt10
3.10.6.3 Häufige Fehlerbilder und Ursachen .................................. 222
3.10.7 Gefährdungen für den Schweißer ................................ 222
3.11 Unterpulverschweißen (Prozess 12) ........ 2243.11.1 Verfahrensprinzip und
Anlagentechnik....................... 2243.11.1.1 Funktionsweise ....................... 2243.11.1.2 Schweißpulver ........................ 2263.11.1.3 Elektroden ............................... 2413.11.1.4 Stromquellen und Brenner-
technik ..................................... 2423.11.1.5 Stromart und Polung ............. 2423.11.1.6 Mechanisierungsgrad und
Aufbau einer UP-Anlage ........ 2433.11.2 Verfahrensvarianten des
Unterpulverschweißens ........ 2453.11.2.1 Schweißpositionen ................. 2453.11.2.2 Kaltdrahtschweißen ............... 2463.11.2.3 Bandschweißen ....................... 2463.11.2.4 Heißdrahtschweißen
mit zwei Schweißköpfen ....... 2483.11.2.5 Paralleldrahtschweißen ......... 2483.11.2.6 Tandemschweißen .................. 2493.11.2.7 Engspaltschweißen ................ 2503.11.2.8 Schweißen mit Metallpulver-
zugabe ...................................... 2523.11.3 Anwendung des UP-
Verfahrens ............................... 2523.11.4 Fertigungshinweise ................ 2533.11.4.1 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 2533.11.4.2 Fugenvorbereitung ................. 2533.11.4.3 Schmelzbadsicherungen ....... 2553.11.4.4 Nahtformung ........................... 2563.11.4.5 Freie Drahtelektrodenlänge .. 2573.11.4.6 Werkstückneigung ................. 2583.11.4.7 Zünden des UP-Lichtbogens . 2593.11.4.8 Heften ....................................... 2593.11.4.9 Richtwerte ............................... 2593.11.4.10 Leistungsvergleiche ............... 2623.11.5 Fehler beim UP-Schweißen ... 2623.11.6 Spezielle Gefährdungen
durch das UP-Verfahren für den Bediener ........................... 263
3.12 Lichtbogen schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen .............................. 2633.12.1 Grundlagen .............................. 2633.12.2 Pressstumpfschweißen
mit magnetisch bewegtem Lichtbogen (Prozess 185) ...... 264
3.12.2.1 Verfahrensprinzip .................. 2643.12.2.2 Anwendungsbereiche ............ 2643.12.2.3 Ausrüstungen.......................... 2643.12.2.4 Zusatzstoffe ............................. 2653.12.2.5 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 2653.12.2.6 Fertigungshinweise ............... 2653.12.3 Schmelzschweißen mit
magnetisch bewegtem Lichtbogen (MBS-Schweißen) .............................. 266
3.12.3.1 Verfahrensprinzip .................. 2663.12.3.2 Anwendungsbereiche ............ 2663.12.3.3 Zusatzstoffe ............................. 2663.12.3.4 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 2663.12.3.5 Fertigungshinweise ................ 266
3.13 Lichtbogenbolzen schweißen .................... 2673.13.1 Grundlagen .............................. 2673.13.2 Verfahrensprinzip .................. 2683.13.2.1 Kondensatorentladungs-
Bolzen schweißen mit Hubzündung (Prozess 785) .. 268
3.13.2.2 Lichtbogenbolzenschweißen mit Spitzenzündung (Prozess 786) ........................... 268
3.13.2.3 Hubzündungs-Bolzen-schweißen mit Keramikring oder Schutzgas (Prozess 783) .......................... 269
3.13.3 Anwendungsbereiche ............ 2703.13.4 Zusatzstoffe ............................. 2703.13.5 Fertigungshinweise ................ 2703.13.6 Ausrüstungen.......................... 272
3.14 Sensorik beim Lichtbogenschweißen ....... 2733.14.1 Überblick ................................. 2733.14.2 Taktile Sensoren ..................... 2743.14.3 Elektromagnetische
Sensoren .................................. 2753.14.4 Lasersensoren ......................... 2763.14.5 Lichtbogensensoren ............... 277
Inhalt 11
3.15 Gefährdungen beim Licht-bogenschweißen ...................................... 2793.15.1 Elektrischer Strom ................. 2793.15.2 Elektromagnetische
Strahlung ................................. 2803.15.3 Rauch, Stäube und Gase ........ 2813.15.4 Sauerstoffmangel .................... 2823.15.5 Spritzer und Schlacke ............ 2823.15.6 Druckgasflaschen ................... 282
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme ................................................. 283
4.1 Grundlagen der Autogen technik ............. 2834.1.1 Autogenflamme....................... 2834.1.1.1 Allgemeines ............................. 2834.1.1.2 Verbrennung ........................... 2844.1.1.3 Flammeneinstellung .............. 2854.1.2 Autogenbrenner ...................... 2874.1.2.1 Allgemeines ............................. 2874.1.2.2 Brennerarten ........................... 2884.1.2.3 Betreiben der Autogen-
brenner .................................... 2914.1.2.4 Flammenstörungen ................ 2914.1.3 Betriebsmittel der Autogen-
technik ..................................... 2924.1.3.1 Allgemeines ............................. 2924.1.3.2 Sauerstoff ................................. 2924.1.3.3 Brenngase ................................ 2924.1.3.4 Gegenüberstellung von
Gasen der Autogentechnik ... 3024.1.4 Sicherheitshinweise und
-vorschriften für den Umgang mit Sauerstoff und Brenngasen ............................. 303
4.1.5 Armaturen und Zubehör ....... 3044.1.5.1 Allgemeines ............................. 3044.1.5.2 Druckminderer ....................... 3044.1.5.3 Gasschläuche .......................... 3054.1.5.4 Sicherheitseinrichtungen ..... 307
4.2 Einteilung der Verfahren der Autogentechnik nach DIN 8522.............. 309
4.3 Gasschmelz schweißen (Gasschweißen) ... 3094.3.1 Grundlagen .............................. 3094.3.2 Anwendung ............................. 3124.3.2.1 Allgemeines ............................. 3124.3.2.2 Fugenformen ........................... 3124.3.2.3 Schweißpositionen ................. 312
4.3.2.4 Werkstückdicken .................... 3124.3.3 Ausrüstung .............................. 3124.3.4 Zusatzwerkstoffe und
Hilfsstoffe ................................. 3154.3.5 Technologische Merkmale .... 3174.3.5.1 Nachrechtsschweißen (NR) ... 3174.3.5.2 Nachlinksschweißen (NL) ..... 318
4.4 Gaspressschweißen (Prozess 47) ............. 3184.4.1 Verfahrensprinzip .................. 3194.4.2 Anwendungsbereiche ............ 3204.4.3 Zusatzstoffe ............................. 3204.4.4 Fertigungshinweise ................ 3204.4.5 Ausrüstungen.......................... 321
5 Schweißen mit Widerstandserwärmung ..................... 322
5.1 Einteilung der Widerstandsschweißverfahren ................ 322
5.2 Widerstandspressschweißen (Prozess 2) . 3235.2.1 Grundlagen des Wider-
standspressschweißens ......... 3235.2.1.1 Widerstandserwärmung
durch konduktive Strom-übertragung ............................ 323
5.2.1.2 Widerstandserwärmung durch induktive Stromüber-tragung (Prozess 74) .............. 324
5.3 Ausrüstungen zum Widerstandspressschweißen ................... 3245.3.1 Aufbau einer Widerstands-
schweißmaschine (kon-duktive Stromübertragung) .. 324
5.3.1.1 Schweißstromquellen für das Punkt-, Rollennaht- und Buckelschweißen .................... 325
5.3.1.2 Schweißstromquellen für das Abbrennstumpf-schweißen und Stumpf-schweißen ................................ 329
5.3.1.3 Mechanischer Teil der Schweißeinrichtungen .......... 330
5.3.2 Aufbau einer Widerstands-schweißmaschine (induktive Stromübertragung) ................ 330
5.4 Widerstandsschweißverfahren mit konduktiver Stromübertragung ............... 331
Inhalt12
5.4.1 Widerstandspunkt-schweißen (Prozess 21) ......... 331
5.4.1.1 Verfahrensmerkmale ............. 3315.4.1.2 Verfahrensprinzip/-
beschreibung ........................... 3325.4.1.3 Elektroden ............................... 3345.4.1.4 Schweißeignung ..................... 3375.4.1.5 Konstruktive Gestaltung ....... 3415.4.1.6 Fertigungshinweise ................ 3445.4.1.7 Qualitätsmerkmale, Gütesi-
cherung und Prüfverfahren .. 3495.4.1.8 Schweißanlagenaufbau .......... 3575.4.1.9 Qualitätssicherungsgeräte .... 3595.4.2 Rollennahtschweißen
(Prozess 22) ............................. 3605.4.2.1 Verfahrensmerkmale ............. 3605.4.2.2 Verfahrensprinzip/-
beschreibung ........................... 3615.4.2.3 Rollenelektroden für
Nahtschweißen ....................... 3615.4.2.4 Schweißeignung ..................... 3625.4.2.5 Konstruktive Gestaltung ....... 3635.4.2.6 Fertigungshinweise ................ 3635.4.2.7 Schweißanlagenaufbau .......... 3665.4.2.8 Verfahrensvarianten .............. 3685.4.3 Buckelschweißen
(Prozess 23) ............................. 3695.4.3.1 Verfahrensmerkmale ............. 3695.4.3.2 Verfahrensprinzip/-
beschreibung ........................... 3705.4.3.3 Elektroden zum Buckel-
schweißen ................................ 3705.4.3.4 Schweißeignung ..................... 3715.4.3.5 Konstruktive Gestaltung ....... 3735.4.3.6 Fertigungshinweise ................ 3755.4.3.7 Qualitätsmerkmale, Gütesi-
cherung und Prüfverfahren .. 3765.4.3.8 Schweißanlagen ...................... 3765.4.4 Abbrennstumpfschweißen
(Prozess 24) ............................. 3785.4.4.1 Verfahrensmerkmale ............. 3785.4.4.2 Verfahrensprinzip/-
beschreibung ........................... 3805.4.4.3 Schweißeignung .................... 3805.4.4.4 Konstruktive Gestaltung ....... 3815.4.4.5 Prozessparameter ................... 383
5.4.4.6 Qualitätsmerkmale, Gütesi-cherung und Prüfverfahren .. 383
5.4.4.7 Schweißanlagen ...................... 3845.4.5 Pressstumpfschweißen
(Prozess 25) ............................. 3855.4.5.1 Verfahrensmerkmale ............. 3855.4.5.2 Verfahrensprinzip/
-beschreibung ......................... 3855.4.5.3 Konstruktive Gestaltung ....... 3865.4.5.4 Prozessparameter ................... 3865.4.5.5 Schweißanlagen ...................... 386
5.5 Widerstandsschweiß verfahren mit induktiver Stromübertragung .................. 3875.5.1 Induktionsschweißen
(Prozess 74) ............................. 3875.5.1.1 Verfahrensmerkmale ............. 3875.5.1.2 Verfahrensprinzip/-
beschreibung ........................... 3875.5.1.3 Schweißeignung ..................... 3895.5.1.4 Fertigungshinweise ................ 3895.5.2 Verfahrensvarianten .............. 389
5.6 Arbeits- und Gesundheitsschutz .............. 390
6 Widerstandsschmelzschweißen ......... 3916.1 Grundlagen zum Elektroschlacke-
schweißen (Prozess 72) ........................... 3916.2 Elektroschlacke-Verbindungsschweißen .. 392
6.2.1 Zusatzwerkstoffe und Pulver 3936.2.2 Schweißeignung ..................... 3936.2.3 Fertigungshinweise ................ 3936.2.4 Schweißeinrichtungen ........... 394
6.3 Elektroschlacke-Auftragschweißen mit Bandelektrode ........................................ 3956.3.1 Zusatzwerkstoffe und Pulver 3956.3.2 Fertigungshinweise ................ 3956.3.3 Schweißeinrichtungen ........... 396
7 Schweißen mit Strahlen ...................... 3977.1 Grundlagen der Strahltechnik ................ 3977.2 Lichtstrahlschweißen – Schweißen mit
inkohärentem Licht (Prozess 75) ............ 3987.3 Elektronenstrahl schweißen (Prozess 51) . 399
7.3.1 Grundlagen des Elektronen-strahlschweißens .................... 400
7.3.1.1 Entstehung und Besonder-heiten des Elektronenstrahls 400
7.3.1.2 Elektronenstrahlerzeugung .. 401
Inhalt 13
7.3.1.3 Elektronenstrahlführung ...... 4027.3.1.4 Elektronenstrahlschweiß-
anlagen ..................................... 4037.3.2 Anwendung des Elektronen-
strahlschweißens .................... 4077.3.2.1 Tiefschweißeffekt ................... 4077.3.2.2 Vorbereitung der Werk-
stücke ....................................... 4097.3.2.3 Schweißparameter und
Hinweise für die Schweiß-praxis ....................................... 411
7.3.2.4 Schweißeignung metal-lischer Werkstoffe .................. 415
7.3.2.5 Industrielle Anwendung ....... 4187.3.3 Weitere Verfahren
der Elektronen-strahlmaterialbearbeitung .... 419
7.3.4 Strahlenschutz ........................ 4207.4 Laserstrahlschweißen (Prozess 52) ......... 420
7.4.1 Grundlagen des Laserstrahl-schweißens .............................. 423
7.4.1.1 Entstehung und Besonder-heiten von Laserlicht ............. 423
7.4.1.2 Eigenschaften des Laser-lichts ......................................... 424
7.4.2 Laseranlagen ........................... 4257.4.2.1 Laserstrahlquellen ................. 4257.4.2.2 Laserstrahlführung ................ 4327.4.2.3 Fokussierende Optiken.......... 4337.4.2.4 Bewegungseinrichtungen ..... 4347.4.2.5 Steuerung und Bedienung .... 4347.4.3 Anwendung des Laserstrahl-
schweißens .............................. 4357.4.3.1 Tiefschweißeffekt ................... 4357.4.3.2 Vorbereitung der Werk-
stücke ....................................... 4367.4.3.3 Schweißparameter und
Hinweise für die Schweiß-praxis ....................................... 436
7.4.3.4 Schweißeignung metal-lischer Werkstoffe .................. 442
7.4.3.5 Industrielle Anwendung ....... 4437.4.4 Weitere Verfahren der
Lasermaterialbearbeitung .... 4457.4.5 Strahlenschutz ........................ 447
7.4.6 Gegenüberstellung Elektronenstrahlschweißen – Laserstrahlschweißen ........ 449
8 Schweißen durch Bewegungsenergie 4528.1 Grundlagen zur schweiß technischen
Nutzung kinetischer Energie ................... 4528.2 Rotationsreib schweißen (Prozess 42) ...... 452
8.2.1 Verfahrensprinzip .................. 4538.2.2 Ausrüstungen.......................... 4548.2.3 Anwendungsbereich .............. 4558.2.4 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 4558.2.5 Fertigungshinweise ................ 457
8.3 Rührreibschweißen (FSW – Friction Stir Welding) ................................................. 4598.3.1 Verfahrensprinzip .................. 4598.3.2 Ausrüstungen.......................... 4608.3.3 Anwendungsbereiche ............ 4618.3.4 Konstruktive Gestaltung
und Festigkeit ......................... 4628.3.5 Fertigungshinweise ................ 4638.3.6 Punktreibschweißen .............. 4648.3.6.1 Verfahrensprinzip .................. 4648.3.6.2 Anwendungsbereiche ............ 464
8.4 Ultraschallschweißen (Prozess 41) ......... 4658.4.1 Verfahrensprinzip .................. 4658.4.2 Anwendungsbereiche ............ 4668.4.3 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 4678.4.4 Fertigungshinweise ................ 4678.4.5 Ausrüstungen.......................... 468
8.5 Kaltpressschweißen (Prozess 48) ............ 4698.5.1 Verfahrensprinzip .................. 4698.5.2 Anwendungsbereich und
Ausrüstungen.......................... 4708.5.3 Konstruktive Gestaltung ...... 4708.5.4 Fertigungshinweise ................ 471
8.6 Sprengschweißen (Prozess 441) .............. 4728.6.1 Verfahrensprinzip .................. 4728.6.2 Anwendungsbereich .............. 4728.6.3 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 4748.6.4 Fertigungshinweise ................ 4748.6.5 Spezielle Gefährdungen ........ 474
Inhalt14
9 Schweißen durch festen Körper ......... 4759.1 Grundlagen zur schweißtechnischen
Nutzung von Heizelementen ................... 4759.2 Heizelementschweißen ............................ 475
9.2.1 Verfahrensprinzip .................. 4759.2.2 Anwendungsbereich,
Ausrüstungen .......................... 4769.2.3 Konstruktive Gestaltung und
Festigkeit ................................. 4779.2.4 Fertigungshinweise ................ 477
10 Schweißen mit Metallschmelzen ....... 47810.1 Grundlagen der schweiß technischen
Nutzung von Metall schmelzen ................ 47810.2 Gießschweißen (Thermitschweißen) ........ 478
10.2.1 Aluminothermisches Schmelzschweißen (Prozess 71) ............................. 478
10.2.1.1 Verfahrensprinzip .................. 47810.2.1.2 Anwendungsbereich .............. 479
10.2.1.3 Ausrüstungen.......................... 47910.2.1.4 Fertigungshinweise ................ 48010.2.2 Aluminothermisches
Pressschweißen ...................... 48110.2.2.1 Verfahrensprinzip .................. 48110.2.2.2 Anwendungsbereich .............. 48110.2.2.3 Fertigungshinweise ................ 481
10.3 Besondere Gefährdungen ........................ 482
11 Schweißen durch Diffusion ................. 48311.1 Grundlagen zur schweißtechnischen
Nutzung der Diffusion ............................ 48311.2 Diffusions schweißen (Prozess 45) ........... 483
11.2.1 Verfahrensprinzip .................. 48411.2.2 Anwendungsbereich .............. 48511.2.3 Konstruktive Gestaltung ....... 48511.2.4 Fertigungshinweise ................ 485
Literaturverzeichnis ........................................ 488
Sachwortverzeichnis ...................................... 505
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme
Gasschmelzschweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme (Prozess 31):
VerfahrensprinzipSchmelzschweißverfahren, bei welchem die ther-mische Wirkenergie durch die Verbrennung von Brenngas mit Sauerstoff oder Luft mittels einer Flamme in die Werkstücke eingebracht wird.
Anwendungsbereich/AbmessungenVerbindungs- oder Auftragschweißen, unabhängig von öffentlicher Versorgung mit Elektroenergie, vielfach für Reparaturarbeiten, im Heizungs- und Rohrleitungsbau angewandt, Nutzung der An-lagentechnik und des Werkzeugs Flamme auch für Löten (Flammlöten) und Wärmebehandlungen möglich, Schweißen auch in Zwangslagen möglich, geeignet für Bleche, Profile, Rohre, wirtschaftlich bis ≈ 6,3 mm Bauteildicke, gute Spaltüberbrück-barkeit.
Werkstoffgruppenun- und niedriglegierte Stähle, Aluminiumwerkstof-fe, seltener Kupfer
Wichtige DVS-Merkblätter und NormenDVS 0212: 1986-06
Umgang mit Druckgas flaschen
DIN 1340: 1990-12
Gasförmige Brennstoffe und sonstige Gase – Arten, Be-standteile, Verwendung
DIN 8522: 2009-12
Fertigungsverfahren der Auto-gentechnik – Übersicht
DIN EN 12536: 2000-08
Schweißzusätze – Stäbe zum Gasschweißen von unlegierten und warm festen Stählen – Ein-teilung
DIN EN ISO 5172: 2006-08
Gasschweißgeräte – Brenner für Schweißen, Wärmen und Schneiden – Anforderungen und Prüfungen
4.1 Grundlagen der Autogen technik
4.1.1 Autogenflamme
4.1.1.1 Allgemeines
Das Werkzeug der Autogentechnik ist eine Flam-me, die als Werkzeug für thermische Prozesse ein-schließlich des Gasschweißens dient. Die thermi-sche Wirkenergie wird durch die Verbrennung eines Brenngases freigesetzt. Obwohl die Bedeutung des Gasschmelzschweißens in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen ist, besitzt dieses Schweißverfahren Vorteile, wie die Möglichkeit der Speicherung der am Prozess beteiligten Gase (Prozessgase) in Behältern. Hierdurch ist das Verfahren unabhängig von einer öffentlichen Energieversorgung. Die Brenner können mittels Schlauchleitungen auch über große Entfer-nungen mit den Prozessgasen versorgt werden. Die Investitionskosten sind im Vergleich zu zahlreichen anderen Schmelzschweißverfahren gering. Zudem besteht die Möglichkeit, die Anlagen- und Apparate-technik auch für andere Fertigungsverfahren, wie das Flammlöten, das autogene Brennschneiden, das Flammrichten oder das Flammwärmen, zu nutzen.
Als Prozessgase werden ein Brenngas – meist Acetylen, Propan oder auch Gemische brennbarer Gase – und ein oxidierend wirkendes Gas bzw. Gas-gemisch in Form von Sauerstoff oder Luft benötigt.
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme284
Das wichtigste Brenngas der Autogentechnik ist Acetylen (C2H2), auch als Azetylen benannt. Im Weiteren wird statt des Namens Ethin, der der che-mischen Nomenklatur entspricht, der in den Inge-nieurwissenschaften einschließlich der Fügetechnik übliche Trivialname Acetylen verwendet.Neben den für das Schmelzschweißen allgemein vorhandenen Gefährdungen durch Schweißrauch, Metalldämpfe und Stäube sind für die Anwendung der Autogentechnik Gefährdungen infolge des Um-gangs mit brennbaren Gasen, explosionsfähigen Gasgemischen und unter hohem Überdruck stehen-den Druckgasflaschen charakteristisch. Umfangrei-che Angaben zum Umgang mit der Anlagentechnik, zu Gesundheitsgefahren, zur persönlichen Schutz-ausrüstung, zu Schweißarbeiten mit besonderen Gefahren sowie zu Vorschriften und Regeln enthält
Bild 4.1:Temperaturen und typische Bereiche einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme
die BG-Information „Gasschweißer“ (BGI 554) der Vereinigung der Metall-Berufsgenossenschaften [RÖS06]. Um Unfälle zu vermeiden sowie Gefähr-dungen zu erkennen und diese einzuschränken, existiert eine Vielzahl von Normen und Regeln ins-besondere zum Umgang mit Prozessgasen der Au-togentechnik sowie zu Anforderungen an die An-lagentechnik, deren Bedienung und Prüfung. Eine Auswahl an besonders wichtigen Normen und Re-geln enthält das Quellenverzeichnis.
4.1.1.2 Verbrennung
Die thermische Wirkenergie wird durch eine Ver-brennung aus chemisch gebundener Energie frei-gesetzt. Im Folgenden wird die Verbrennung des Brenngases Acetylen durch Sauerstoff beschrieben.
4.1 Grundlagen der Autogen technik 285
4
Die Verbrennung läuft in zwei Stufen ab. In einer ersten Verbrennungsstufe, einer unvollkommenen Verbrennung, wird das Acetylen mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt:
C2H2 + O2 → 2 CO + H2
Im Einzelnen zerfällt zunächst das Acetylen in Koh-lenstoff und Wasserstoff, wobei der Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oxidiert wird. Die entstehenden Gase Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) wirken chemisch reduzierend auf die üblicherwei-se mit Oxiden behafteten Oberflächen der Grund- und Zusatzwerkstoffe und des Schweißbades. Oxide werden hierdurch abgebaut. Die zweite Verbren-nungsstufe wirkt in Form einer vollkommenen Ver-brennung:
4 CO + 2H2 + 3O2 → 4 CO2 + 2 H2O
Diese Verbrennungsstufe tritt in der sog. Streuflam-me auf (Bild 4.1). Der Verbrennungsvorgang erfolgt außerhalb des eigentlichen Brenners vor dem Bren-nermundstück.
Die Autogenflamme, d. h. deren Gestalt, Tempera-turen und Temperaturverteilung in der Flamme sowie chemische Wirkung (neutral, oxidierend, redu-
Tabelle 4.1: Verbrennungsstufen unterschiedlicher Brenngase und erreichbare Flammentemperaturen
Brenngas B Unvollkommene Verbrennung in der ersten Stufe
Vollkommene Verbrennung Flammen-temperatur in °CMischungs
verhältnisB:O2
Ablauf MischungsverhältnisB:O2
Ablauf
AcetylenC2H2
1:1 C2H2 + O2
→ 2 CO + H2
1:2,5 2 C2H2 + 5 O2
→ 4 CO+2 H2O3180
PropanC3H8
1:4 C3H8 + 4 O2 → 2 CO + CO2 + 4 H2O
1:5 2 C3H8+ 5O2 → 3 CO2 + 4 H2O
2850
Erdgas (Methan)CH4
2:1 2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
1:2 CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
2750
zierend), ist durch zahlreiche Einflussgrößen be-stimmt, wie den beteiligten Prozessgasen, deren Mi-schungsverhältnis, Druck und Volumenstrom sowie der Brennerbauart. Die Temperaturverteilung in ei-ner neutralen Acetylen-Sauerstoff-Flamme, einer sog. Normflamme, ist in Bild 4.1 dargestellt. Für diese Flamme ist eine höchste Temperatur von ≈ 3 200 °C in der Arbeitszone charakteristisch. Für die vollkom-mene Verbrennung von 1 Volumenteil Acetylen sind 2,5 Volumenteile Sauerstoff notwendig.
Die Verbrennungsstufen unterschiedlicher Brenn gase und die erreichbaren Flammentempera-turen sind in Tabelle 4.1 wiedergegeben. Über die gebräuchlichen Mischungsverhältnisse (Volumenan-teile) für unterschiedliche Verwendungszwecke von Autogenflammen gibt Tabelle 4.2 Auskunft.
4.1.1.3 Flammeneinstellung
Die Acetylen-Sauerstoff-Flamme kann bezüglich ihrer chemischen und thermischen Eigenschaf-ten den Anforderungen des Schweißprozesses in weiten Grenzen angepasst werden. Die chemische Wirkung wird durch das Mischungsverhältnis bestimmt. Mittels Einstellung der Strömungsge-schwindigkeiten der Prozessgase kann die thermi-sche Leistung der Flamme verändert werden. Diese
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme286
Flammeneinstellungen werden durch Ventile am Griffstück des Brenners vorgenommen.
Neutrale FlammeEine neutrale Flamme erfordert ein Mischungsver-hältnis zwischen dem Brenngas Acetylen und Sau-erstoff im Bereich von 1:1 … 1:1,2 Volumeneinheiten.
Eine neutrale Flamme besitzt einen inneren, weiß leuchtenden Flammenkern, der sich scharf gegenüber der äußeren Streuflamme abgrenzt. Der Flammenkern hat je nach Intensität der Flamme eine Länge von 5 … 15 mm und soll möglichst zy-lindrisch und länglich ausgebildet sein. Die Streu-flamme, die den Flammenkern umgibt, ist in Ab-hängigkeit von der Reinheit des Brenngases und der Raumluft bläulich oder gelb-bläulich. Beim Schweißen kommt es infolge der Erwärmung der Schweißdüse zu einer Vergrößerung der Düsen-bohrung. Hierdurch reduziert sich die Strömungs-geschwindigkeit des Sauerstoffs. Es wird deshalb weniger Acetylen angesaugt, wodurch sich der chemische Charakter der Flamme verändert. Des-halb kann es während des Betriebs des Brenners notwendig werden, durch Betätigen der Ventile die Flammeneinstellung zu korrigieren.
Das Gasschmelzschweißen von Eisen basis-werk stoffen erfolgt ausschließlich mit einer neu-tralen Flamme. Oxidschichten (Oxidhäute) auf der Schmelz bad oberfläche werden bei richtigem Brenner abstand durch Wirken der ersten Stufe der Verbrennung im Bereich des Gasgemisches durch Kohlenmonoxid und Wasserstoff reduziert. Auch neutral eingestellte Flammen können in Ab-hängigkeit vom Brenngas geringe Anteile oxidie-rend wirkender Gasanteile enthalten: ≈ 6 Vol.-%
Tabelle 4.2: Mischungsverhältnisse (Volumenanteile) für unterschiedliche Verwendungszwecke von Autogenflammen
Brenngas Brenngas-Sauerstoff-Gemische fürSchweißen Brennschneiden Flammwärmen
Acetylen 1:1 … 1:1,2 1:1,1 … 1:1,3 1:1,25 … 1:1,5
Propan – 1:4,5 1:3,6 … 1:5
Erdgas – 1:1,5 … 1:2,8 1:1,5 … 1:2
für die Brenngase Propylen, Propan und Methan [END73].
Sauerstoff-Überschuss-FlammeSteigt das Acetylen-Sauerstoff-Verhältnis über 1:1,2, so stellt sich eine Sauerstoff-Überschuss-Flamme, auch als oxidierende Flamme bezeichnet, ein. Mit zunehmendem Sauerstoffanteil verkürzen sich so-wohl der Flammenkern als auch der sich anschlie-ßende Flammenkegel. Der Flammenkern nimmt eine leicht violette Farbe an. Diese Flammeneinstel-lung wird durch ein deutlich hörbares, zischendes Geräusch der Flamme gekennzeichnet.
Aus einem geringen Sauerstoffüberschuss resul-tiert eine Erhöhung der Flammenleistung, was sich positiv auf die Schweißgeschwindigkeit auswirkt. Zu große Sauerstoffanteile führen am Schweißbad zu Verbrennungs- und Überhitzungserscheinungen. Beim Schweißen von Stahl kommt es zur Funken-bildung, indem aus dem Schweißbad fortgeschleu-derte Tropfen am Ende ihrer Flugbahn sternförmig platzen. Weitere Folgen des Sauerstoffüberschusses sind ein erhöhter Abbrand von Legierungselemen-ten sowie die verstärkte Poren- und Oxidbildung im Schweißbad. Oxideinschlüsse können die Verfor-mungsfähigkeit der Schweißverbindung und deren Beanspruchbarkeit insbesondere bei zeitlich verän-derlicher Beanspruchung (Schwingbeanspruchung) oder schlagartiger Beanspruchung wesentlich re-duzieren. Mit gezielt eingestelltem Sauerstoffüber-schuss werden nur Kupfer-Zink-Legierungen (Mes-singe) geschweißt. Bei diesen Grundwerkstoffen wirkt der Sauerstoffanteil der Porenbildung entge-gen und verhindert das Ausdampfen von Zink aus dem Grundwerkstoff.
4.1 Grundlagen der Autogen technik 287
4
Sofern der Grundwerkstoff nicht aufgeschmol-zen werden soll, z. B. beim Flammwärmen, kann durch einen Sauerstoffüberschuss eine leistungs-starke Flamme erzielt werden.
Acetylen-Überschuss-FlammeSinkt das Acetylen-Sauerstoff-Verhältnis unter 1:1,2, so bildet sich eine Acetylen-Überschuss-Flamme, auch als karburierende Flamme bezeichnet, aus. Diese Flamme besitzt einen je nach Acetylen-überschuss verlängerten, gelblich-weißen inneren Flammenkegel, dessen Umriss nicht mehr scharf begrenzt ist, sondern unregelmäßig gefiedert er-scheint.
In der ersten Verbrennungsstufe reicht der dar-gebotene Sauerstoff nicht zur Oxidation des durch den Zerfall des Acetylens entstehenden Kohlen-stoffs aus. Verbleibender „freier“ Kohlenstoff kann beim Gasschmelzschweißen von Eisenbasiswerk-stoffen vom flüssigen Schweißgut aufgenommen werden. Bei ausgeprägtem Acetylenüberschuss bilden sich in der Flamme Kohlenstoffflocken (Ruß). Die Folge der Anwendung einer Acetylen-Überschuss-Flamme ist eine Aufkohlung und ggf. Härtesteigerung. Bei Stahl kommt es zur Erhöhung von Härte und statischen Festigkeitseigenschaften, aber auch zu Versprödung und zunehmender Här-terissgefahr. Gezielt mit Acetylenüberschuss wird Gusseisen geschweißt. Zum Zwecke des Auftrag-schweißens wird mit Acetylen-Überschuss-Flamme gearbeitet, wobei durch den Kohlenstoffeintrag die Bildung härtesteigernder Carbide unterstützt wird. Da die Temperatur in einer Acetylen-Überschuss-Flamme unter der einer neutralen Flamme liegt, wird die Acetylen-Überschuss-Flamme bevorzugt für das Löten eingesetzt, wo i. d. R. niedrigere Ar-beitstemperaturen als beim Schweißen erforderlich sind.
„Harte“ und „weiche“ FlammeDie Eigenschaften einer Flamme werden neben dem Mischungsverhältnis der Prozessgase we-sentlich durch deren Ausströmgeschwindigkeiten bestimmt. Eine Flamme mit hoher Ausströmge-schwindigkeit und folglich großer Flammenleis-tung wird als „harte Flamme“ bezeichnet, während
eine Flamme mit geringer Ausströmgeschwindig-keit vergleichsweise leistungsarm ist und als „wei-che Flamme“ gilt.
Mittels unterschiedlicher Schweißeinsätze im Brenner kann die thermische Leistung bzw. die „Härte“ der Flamme der Schweißaufgabe ange-passt werden, wobei das gewünschte, optimale Mi-schungsverhältnis der Prozessgase unverändert bleibt. Für das Gasschmelzschweißen werden die thermische Leistung und damit der Schweißeinsatz entsprechend der Dicke der zu schweißenden Bau-teile gewählt. Darüber hinaus kann durch Betätigen der Ventile weiterhin die Flamme feinfühlig „hart“ oder „weich“ eingestellt werden.
Die Gasausströmgeschwindigkeiten liegen für sehr kleine Schweißeinsätze im Bereich von ≈ 50 … 60 m/s und bei mittleren Schweißeinsätzen im Bereich von ≈ 80 … 130 m/s. Sehr große Schweißeinsätze erreichen Ausströmgeschwindigkeiten um 200 m/s und werden zum Wärmen, wo kein Wegblasen des Schmelzbades eintreten kann, oder zum autogenen Trennen benutzt.
4.1.2 Autogenbrenner
4.1.2.1 Allgemeines
Ein Autogenbrenner hat die Aufgabe, aus dem zugeführten Brenngas und dem Sauerstoff oder der Luft ein definiert einstellbares Gemisch zu bil-den und dieses Mischungsverhältnis konstant zu halten. Das Gasgemisch soll mit einer solchen Ge-schwindigkeit aus dem Brenner austreten, sodass sich nach dem Zünden eine rückzündsicher bren-nende Flamme bestimmter Form, Größe und Leis-tung einstellt.
Die Autogenbrenner werden für verschiedene Gase mit entsprechender Flammengröße und -form in den Handel gebracht. Die Düsen dürfen nur für jenes Gas verwendet werden, für das sie bestimmt sind. Die Mischeinrichtung und die Düse des Schweißeinsatzes sind wie folgt gekennzeichnet: A = AcetylenP = FlüssiggasH = Wasserstoff
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme288
C = Leuchtgas (Stadtgas, d. h. ein Gemisch aus Was-serstoff, Kohlenmonoxid und Methan, kaum mehr in Anwendung)
M = Erdgas (Methan).
Zusätzlich sind der Schweißbereich (Bauteildicken-bereich) sowie das Herstellerzeichen und auf der Mischeinrichtung noch der Sauerstoffdruck ange-geben.
In der Autogentechnik wird eine Vielfalt unter-schiedlicher Brenner für verschiedene Aufgaben genutzt. Eine Einteilung von Brennern kann nach folgenden Kriterien erfolgen:
Mischungsprinzip:• Saugbrenner (Injektorbrenner, Bunsenbren-
ner),• Druckbrenner.
Brenngasart:• Acetylenbrenner,• Propanbrenner,• Erdgasbrenner,• Wasserstoffbrenner.
Flammenform und Flammenanordnung:• Einflammenbrenner,• Mehrflammenbrenner.
Einsatzzweck:• zum Fügen (Schweißen, Löten),• zum Trennen,• zum Stoffeigenschaftsändern (Wärmen),• zum Beschichten,• zum Umformen (Flammrichten).
Mechanisierungsgrad:• manuell,• mechanisiert.
Angaben über Aufbau, Funktion, Sicherheits-anforderungen und weitere Merkmale enthält DIN EN ISO 5172. Die meisten handelsüblichen Brenner sind mehrteilig ausgeführt, sodass durch einfaches Auswechseln ein Brenner verschiedenen Einsatzzwecken angepasst werden kann.
4.1.2.2 Brennerarten
Injektorbrenner (Saugbrenner)Die meisten in der Praxis genutzten Autogenbren-ner sind Injektorbrenner. Die Prozessgase strömen über die beiden Ventile (z. B. Sauerstoff- und Acety-lenventil) durch Rohre bzw. im Brenner gebohrte Kanäle durch die Mischdüse in einen Mischraum. Den schematischen Aufbau des Injektors stellt Bild 4.2 dar. Bei einem Acetylen-Sauerstoff-Injektor-brenner strömt Sauerstoff aufgrund des im Ver-
Druckdüse Mischdüse Mischrohr
Gasgemisch
Ringraum Mischraum
Brenngas(Acetylen)
~~ 0,4 bar
Trägergas(Sauerstoff)
2,5 bar
Bild 4.2: Injektor, schematisch
4.1 Grundlagen der Autogen technik 289
4
gleich zu Acetylen hohen Drucks von etwa 2,5 bar mit großer Geschwindigkeit in die Druckdüse. Die Druckdüse ist von einem metallischen Mantel um-geben, welcher einen spaltförmigen Ringraum bil-det. Durch diesen Ringraum wird das Acetylen mit geringem Überdruck von 0,2 … 0,4 bar zugeführt. Die große Geschwindigkeit des in die Mischdüse strömenden Sauerstoffs erzeugt im Ringraum zwi-schen Druck- und Mischdüse einen Unterdruck, durch welchen das Brenngas angesaugt wird. Dieser Effekt wird als Injektorwirkung bezeichnet. Die obi-gen Druckangaben entsprechen den jeweiligen Ar-beitsdrücken für Sauerstoff bzw. für Acetylen beim Gasschweißen, welche an den Druckminderern ein-zustellen sind.
Den Aufbau eines Injektorbrenners zeigt Bild 4.3. Über das Griffstück erfolgt die Zufuhr von Sauerstoff- und Brenngas, gesteuert durch das je-weilige Ventil. Die Ventile sind mit folgenden Far-ben gekennzeichnet:• blau: Sauerstoff,• gelb: Acetylen,• orange: Flüssiggas,• rot: übrige Brenngase.
Der an den Einsatzzweck bzw. die zu schweißenden Werkstückdicken anzupassende Schweißeinsatz ist bei den meisten Brennern auswechselbar. Der Schweißeinsatz wird in das Griffstück eingesteckt
und hier mit Rundringen gedichtet sowie mittels ei-ner Überwurfmutter angezogen und verbunden. Der Schweißeinsatz besteht aus dem Injektor mit Druck- und Mischdüse, dem Mischrohr und der Schweiß-düse.
Die Funktionsfähigkeit eines Injektorbrenners lässt sich überprüfen, indem man den Schlauch am Brenngasanschluss abzieht und das Sauerstoffventil öffnet. Die Saugwirkung muss dann am Brenngas-anschluss spürbar sein.
Weitere Brennbauarten und MischungsprinzipienWeitere Brenner, die gegenwärtig nur noch eine untergeordnete oder gar historische Bedeutung besitzen, sind der Hochdruckbrenner (meist für Brenngas Wasserstoff verwendet) und der Gleich-druckbrenner. Für weitere Informationen zu die-sen Brennern sei auf das Schrifttum, z. B. [KRI54], verwiesen.
Eine Auswahl weiterer Brennerbauarten und Brennereinsätze für verschiedene Anwendungsge-biete, wie Fügen, Trennen, Umformen (Flammrich-ten), Stoffeigenschaftsändern (z. B. Flammwärmen) zeigt Bild 4.4.
MehrflammenbrennerZur Erhöhung der Schweißleistung wurde dazu übergegangen, an dem Schweißbrennermundstück zwei Flammen brennen zu lassen (sog. Zwei-
Mischrohr Mischdüse Druckdüse
Injektor
Anschluss
SchweißdüseÜberwurfmutter
Brennereinsatz
Brenngasventil
Handgriff
Sauerstoffventil
Brenngasanschluss
Sauerstoffanschluss
Griffstück des Brenners
Bild 4.3: Aufbau eines Injektorbrenners, nach [BÖH92]
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme290
flammenbrenner). Die voreilende Flamme wärmt vor, und mit der nachlaufenden Flamme wird unter gleich-zeitiger Zugabe des Zusatzwerkstoffes (Schweiß-draht) geschweißt. Der Zweiflammenbrenner bedingt zwangsläufig die Nachrechtsschweißung. Bei Anwen-dung dieses Brenners können relativ hohe Schweiß-
Rohrschweißeinsatz (biegsam)für schwer zugängliche Stellen
a)
Konstantthermeinsatzfür besonders hoheWärmebeanspruchung
b)
Wärmeeinsatz (auch Löten)Schweißdüse mit mehreren Löchern,Wärme wird gleichmäßig verteilt
c)
Schneidsauerstoffrohr
Schneidsauerstoffventil
Ventilkörper
Griff
Sauerstoff
HeizsauerstoffventilBrenngasventil
BrenngasMischrohr MischdüseHeiz- und Schneiddüse
Brennerkopf
d)
Heizdüse
Schneiddüsee)
f)
g)
h)
Bild 4.4: Auswahl weiterer Brennerbauarten und Brennereinsätze für verschiedene Anwendungsgebiete. a) Rohrschweißeinsatz (biegsam) für schwer zugängliche Stellen; b) Konstanttherm-Brennereinsatz für besonders hohe Wärmebeanspruchung; c) Wärmeeinsatz (auch für Löten, Wärme wird durch Schweißdüse mit mehreren Löchern gleichmäßig verteilt); d) Schneidbrenner (konventionelle Bauart); e) Schneidbrenner mit Stufendüse; f) Fugenhobel; g) Flammrichtbrenner (mehrflammig); h) Brennereinsatz zum Flammenstrahlen, Entrosten, Entzundern
geschwindigkeiten und schmale Schweißnähte bzw. Wärmeeinflusszonen erzielt werden. Zur Steigerung der Arbeitsleistung bei dickeren Blechen werden auch Brennerköpfe für Handschweißbrenner mit vier, fünf und mehr Flammen oder Schlitzflammen gebaut. Mit Ausnahme des Zweiflammenbrenners haben sich
4.1 Grundlagen der Autogen technik 291
4
die anderen erwähnten Mehrflammenbrenner nur in Sonderfällen bewährt.
MaschinenbrennerMaschinenbrenner mit 20 und mehr Einzelflammen finden in Sonderfällen, z. B. in der Röhrenfertigung, Anwendung. Die Brenner werden in der Regel mit Rücksicht auf die starke Erwärmung wassergekühlt. Der Schmelzvorgang erfordert oft, dass die einzel-nen Flammen desselben Brenners verschiedene Wärmeleistungen (Flammenstärken) und Richtun-gen besitzen, um den Metallfluss richtig zu beein-flussen.
4.1.2.3 Betreiben der Autogenbrenner
Inbetriebsetzen und ZündenAcetylen-Sauerstoff-Schweißbrenner werden in nach-stehender Reihenfolge der Bedienungsgriffe bzw. Tä-tigkeiten in Betrieb genommen:1. Sauerstoffventil (weit) öffnen und Arbeitsdruck
am Druckminderer einstellen.2. Acetylenventil öffnen. Das Acetylen wird infol-
ge des mit größerer Strömungsgeschwindigkeit fließenden Sauerstoffs von diesem angesaugt (Injektorwirkung) und anschließend mit dem Sauerstoff gemischt.
3. Zünden des am Brennermundstück austreten-den Gasgemischs,
4. Durch Einstellen am Acetylenventil wird das ty-pische Bild einer neutralen Flamme erzeugt.
Diese Reihenfolge des Öffnens der Ventile ist not-wendig, um zu verhindern, dass Acetylen unnötig in die Schweißwerkstatt austritt. Ein sofortiges Zün-den des Acetylens ohne Sauerstoffzufuhr bewirkt eine stark rußende Flamme. Für das Zünden sind nur hierfür bestimmte Geräte zu benutzen. Das Ver-wenden von Feuerzeugen ist aufgrund der Explosi-onsgefahr unzulässig.
Beim Inbetriebsetzen der Wasserstoff- und Leuchtgasschweißbrenner wird zuerst der Brenn-gashahn geöffnet. Das an der Brennermündung austretende Gas wird an einer offenen Flamme ent-zündet und nachträglich der Sauerstoffhahn geöff-net. Beim Absperren wird zuerst der Sauerstoffhahn geschlossen.
LöschenBei normaler Beendigung der Schweißarbeit, Stö-rungen und Flammenrückschlägen ohne pfeifendes Geräusch ist der Brenner in folgender Weise außer Betrieb zu setzen:1. Acetylenventil schließen2. Sauerstoffventil schließen
Durch diese Reihenfolge wird eine stark rußende Acetylenflamme vermieden und eine kleine Rest-flamme, die durch ein nicht völlig dicht schließen-des Acetylenventil verbleiben kann, durch den noch strömenden Sauerstoff ausgeblasen. Nicht beachtete Acetylenrestflammen können einen Acetylenzerfall mit schweren Zerstörungen bis zur Sicherheitsvor-lage (s. Abschn. 4.1.5.4) einleiten.
4.1.2.4 Flammenstörungen
FlammenrückschlagDer kontinuierliche Verlauf der Verbrennung kann infolge unterschiedlicher Ursachen gestört werden, sodass Flammenstörungen eintreten. Verschmutz-te oder beschädigte Düsen erzeugen ein ungleich-mäßiges Flammenbild und führen zu nicht repro-duzierbaren Schweißergebnissen. Eine regelmäßige Reinigung des Brennermundstücks ist notwendig, darf aber nur mit den für diesen Zweck bestimm-ten Reinigungsnadeln vorgenommen werden. Eine beschädigte Düse muss ersetzt werden.
Eine weitere Flammenstörung ist die Rückzün-dung der Flamme. Verantwortlich hierfür ist die Vergrößerung des Ausströmquerschnittes bei zu-nehmender Temperatur (z. B. bei Gusseisenwarm-schweißungen oder Schweißen in Werkstückwin-keln), wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches bis unter dessen Zündgeschwindig-keit absinkt. Die zurückschlagende Flamme erlischt meist sofort vor der Druckdüse, kann sich jedoch auch entgegen der Gasströmungsrichtung unter Entwicklung eines charakteristischen, pfeifenden Geräuschs zurück in den Brenner ausbreiten. Wird die Zufuhr der Prozessgase nicht sofort unterbro-chen, kann dies zur Zerstörung des Brenners, u. U. auch zu einem Acetylenzerfall in der Zuleitung füh-ren. In diesem Fall ist der Brenner sofort mit folgen-den Maßnahmen außer Betrieb zu setzen:
4 Schweißen mit Brenngas-Sauerstoff-Flamme292
1. Sauerstoffventil schließen,2. Acetylenventil schließen.
Geschieht das nicht rechtzeitig, so zerstört eine im Gerät weiterbrennende Flamme den Schweißbren-ner. Außerdem kann auch ein Acetylenzerfall in der Schlauchleitung verursacht werden.
Infolge einer Überhitzung des Mundstücks kann die Flamme „abknallen“, d. h., die Flamme verlischt plötzlich. Nachströmendes Gasgemisch entzündet sich wieder und erlöscht abermals (sog. „Abknal-len“), wodurch der Brenner knattert. In diesem Fall ist das Brennermundstück durch Eintauchen in Wasser bei schwach geöffnetem Sauerstoffventil zu kühlen.
Ein Gasrücktritt als weitere Form einer Flam-menstörung kann eintreten, wenn infolge von Un-dichtigkeiten im Brennergriffstück, verstärkt durch eine Düsenverstopfung, Gas aus der Leitung mit höherem Druck (dies ist Sauerstoff) in die Leitung mit niedrigerem Druck (Acetylen) eintritt. Kommt es zum Zünden eines zündfähigen Gemischs, so tritt eine explosionsartige Verbrennung ein, die mögli-cherweise zu Personen- und Sachschäden führen kann.
4.1.3 Betriebsmittel der Autogentechnik
4.1.3.1 Allgemeines
Unter Betriebsmittel der Autogentechnik werden die Prozessgase, d. h. Sauerstoff oder Luft, einer-seits und Brenngase, wie Acetylen, Flüssiggas, Erd-gas oder Wasserstoff andererseits, verstanden.
4.1.3.2 Sauerstoff
AllgemeinesAusgewählte Eigenschaften des Sauerstoffs sind in Tabelle 4.3 zusammengefasst. Technisch genutzter Sauerstoff wird durch fraktionierte Destillation aus flüssiger Luft im Gegenstromverfahren nach Carl v. Linde gewonnen.
Armaturen und Verschraubungen, durch die Sauerstoff geleitet wird, dürfen nicht mit Ölen und Fetten in Kontakt kommen, demzufolge auch
nicht mit Ölen oder Fetten geschmiert werden! Anderenfalls besteht akute Brand- und Explosi-onsgefahr!
Bereitstellung, Transport und VerteilungDie Art der Bereitstellung richtet sich nach der Höhe des Gasverbrauches. Folgende Anhaltswerte zu Gasverbrauch und Transport können angegeben werden:> 3 000 m3/Monat: Transport flüssig in Tankwagen
für Kaltvergaseranlagen (zu Um-rechnungsfaktoren für gasför-migen und flüssigen Sauerstoff s. Tabelle 4.4),
> 100 m3/Monat: Transport in Flaschenbündeln,< 100 m3/Monat: Einzelflaschen mit Fülldruck
von 150 bar oder 200 bar.
Tabelle 4.4: Umrechnungsfaktoren für gasförmigen und flüssigen Sauerstoff
Volumen des Gases in m3 (bezogen auf 15 °C und 1 bar)
Volumen des Flüssig gases in l (im Siede-zustand)
Masse in kg
1,000 1,171 1,3370,854 1,000 1,1420,748 0,876 1,000
Verschiedene Arten der Sauerstoffversorgung in Abhängigkeit vom Sauerstoffverbrauch zeigt Bild 4.5 in schematischer Form. Die Verteilung er-folgt in Werkstätten mit größerem Verbrauch über Ringleitungen. Wichtige Baugruppen und Kompo-nenten einer zentralen Sauerstoffversorgung beim Verbraucher werden in den Bildern 4.6 und 4.7 dar-gestellt.
4.1.3.3 Brenngase
Eine möglichst vollständige Verbrennung mit ho-hem Wirkungsgrad setzt das intensive Mischen des Brennstoffs mit Sauerstoff oder Luft voraus. Dies lässt sich insbesondere dann realisieren, wenn als Brennstoff ein Gas, ein sog. Brenngas, verwendet Ta
belle
4.3:
Ausg
ewäh
lte E
igen
scha
ften
von
Saue
rsto
ff un
d Br
enng
asen
der
Aut
ogen
tech
nik
Mer
kmal
eSa
uers
toff
Bren
ngas
eAc
etyl
enFl
üssi
ggas
(Pro
pan)
Met
han
(Erd
gas)
Was
sers
toff
Chem
ische
s Sy
mbo
lO 2
C 2H2
C 3H8
CH4
H 2
Dars
tellu
ng/G
ewin
nung
Luftv
erflü
ssig
ung,
fra
ktio
nier
te D
estil
-la
tion
Carb
idve
rgas
ung,
Ho
chte
mpe
ratu
r-py
rolys
e
Erdö
ldes
tilla
tion
unm
ittel
bare
Fün
-di
gkei
tCh
lora
lkal
iele
ktro
ly-
se, W
asse
rele
ktro
-lys
eVe
rwen
dung
Auto
gent
echn
ik, H
üt-
teni
ndus
trie,
Sta
hler
-ze
ugun
g, c
hem
ische
In
dust
rie, M
edizi
n,
Rake
tent
echn
ik
Auto
gent
echn
ik,
chem
ische
Indu
strie
, Ku
nsts
toffe
, Dün
ge-
mitt
el
Trei
bgas
, Ind
ustri
e,
Heizz
weck
e, A
utog
en-
tech
nik
Heizz
weck
e, In
dust
-rie
, Aut
ogen
tech
nik
(mei
st V
ersc
hnitt
)
Schw
eiße
n vo
n Bl
ei
und
Alum
iniu
m,
Bren
nsch
neid
en
dick
er Q
uers
chni
t-te
, Ofe
nlöt
enRe
inhe
it, h
ande
lsübl
ich,
in %
> 99
,5>
99>
99,8
≈ 85
> 99
,75
Eige
nsch
aften
ungi
ftig,
ger
uch-
, ge
schm
ack-
und
fa
rblo
s, u
nbre
nnba
r, ve
rbre
nnun
gsfö
r-de
rnd
ungi
ftig,
farb
los,
in
Men
gen
betä
uben
d,
char
akte
ristis
cher
Ge
ruch
geru
ch- u
nd fa
rblo
s,
hohe
s sp
ezifi
sche
s Ge
wich
t, wi
rkt
löse
nd o
der q
uelle
nd
gege
nübe
r ein
zeln
en
Elas
tom
er- u
nd P
oly-
mer
werk
stoff
en
ungi
ftig,
ger
uch-
, ge
schm
ack-
und
fa
rblo
s
ungi
ftig,
ger
uch-
un
d fa
rblo
s
Veru
nrei
nigu
ngen
N 2, Ar
, H2O
Ar, H
2OH 2,
N 2, O 2,
CH4
N 2, CO
2, C 3H
8O 2,
H 2OSp
ezi-
fisch
e M
asse
in
kg/m
3
0°C
und
1,01
bar
1,43
1,17
2,02
0,72
0,09
15°C
un
d 1,
00 b
ar1,
331,
072,
000,
660,
08
Sied
etem
pera
tur i
n °C
-183
-84
-43
-161
-253
Spez
ifisc
her H
eizw
ert
in k
J/m
357
120
93 0
00≈
36 0
0010
750
Min
imal
e Zü
ndte
m-
pera
tur i
n °C
mit
Luft
335
510
640
510
mit
O 229
549
059
045
0Zü
ndge
schw
indi
gkei
t in
m/s
mit
Luft
1,3
0,3
0,4
2,7
mit
O 213
,13,
73,
38,
9M
axim
ale
Flam
men
-te
mpe
ratu
r in
°Cm
it Lu
ft2
325
1 92
51
920
2 09
5m
it O 2
3 18
02
850
2 75
02
525
Flam
men
leist
ung
in k
J/(c
m3 s
)≈
45≈
11≈
13≈
14M
ischu
ngsv
erhä
ltnis
Br
enng
as :
Saue
rsto
ff1:
11:
3,5
1:1,
74:
1
4.1 Grundlagen der Autogen technik 293
4
1. Sauerstoffventil schließen,2. Acetylenventil schließen.
Geschieht das nicht rechtzeitig, so zerstört eine im Gerät weiterbrennende Flamme den Schweißbren-ner. Außerdem kann auch ein Acetylenzerfall in der Schlauchleitung verursacht werden.
Infolge einer Überhitzung des Mundstücks kann die Flamme „abknallen“, d. h., die Flamme verlischt plötzlich. Nachströmendes Gasgemisch entzündet sich wieder und erlöscht abermals (sog. „Abknal-len“), wodurch der Brenner knattert. In diesem Fall ist das Brennermundstück durch Eintauchen in Wasser bei schwach geöffnetem Sauerstoffventil zu kühlen.
Ein Gasrücktritt als weitere Form einer Flam-menstörung kann eintreten, wenn infolge von Un-dichtigkeiten im Brennergriffstück, verstärkt durch eine Düsenverstopfung, Gas aus der Leitung mit höherem Druck (dies ist Sauerstoff) in die Leitung mit niedrigerem Druck (Acetylen) eintritt. Kommt es zum Zünden eines zündfähigen Gemischs, so tritt eine explosionsartige Verbrennung ein, die mögli-cherweise zu Personen- und Sachschäden führen kann.
4.1.3 Betriebsmittel der Autogentechnik
4.1.3.1 Allgemeines
Unter Betriebsmittel der Autogentechnik werden die Prozessgase, d. h. Sauerstoff oder Luft, einer-seits und Brenngase, wie Acetylen, Flüssiggas, Erd-gas oder Wasserstoff andererseits, verstanden.
4.1.3.2 Sauerstoff
AllgemeinesAusgewählte Eigenschaften des Sauerstoffs sind in Tabelle 4.3 zusammengefasst. Technisch genutzter Sauerstoff wird durch fraktionierte Destillation aus flüssiger Luft im Gegenstromverfahren nach Carl v. Linde gewonnen.
Armaturen und Verschraubungen, durch die Sauerstoff geleitet wird, dürfen nicht mit Ölen und Fetten in Kontakt kommen, demzufolge auch Ta
belle
4.3:
Ausg
ewäh
lte E
igen
scha
ften
von
Saue
rsto
ff un
d Br
enng
asen
der
Aut
ogen
tech
nik
Mer
kmal
eSa
uers
toff
Bren
ngas
eAc
etyl
enFl
üssi
ggas
(Pro
pan)
Met
han
(Erd
gas)
Was
sers
toff
Chem
ische
s Sy
mbo
lO 2
C 2H2
C 3H8
CH4
H 2
Dars
tellu
ng/G
ewin
nung
Luftv
erflü
ssig
ung,
fra
ktio
nier
te D
estil
-la
tion
Carb
idve
rgas
ung,
Ho
chte
mpe
ratu
r-py
rolys
e
Erdö
ldes
tilla
tion
unm
ittel
bare
Fün
-di
gkei
tCh
lora
lkal
iele
ktro
ly-
se, W
asse
rele
ktro
-lys
eVe
rwen
dung
Auto
gent
echn
ik, H
üt-
teni
ndus
trie,
Sta
hler
-ze
ugun
g, c
hem
ische
In
dust
rie, M
edizi
n,
Rake
tent
echn
ik
Auto
gent
echn
ik,
chem
ische
Indu
strie
, Ku
nsts
toffe
, Dün
ge-
mitt
el
Trei
bgas
, Ind
ustri
e,
Heizz
weck
e, A
utog
en-
tech
nik
Heizz
weck
e, In
dust
-rie
, Aut
ogen
tech
nik
(mei
st V
ersc
hnitt
)
Schw
eiße
n vo
n Bl
ei
und
Alum
iniu
m,
Bren
nsch
neid
en
dick
er Q
uers
chni
t-te
, Ofe
nlöt
enRe
inhe
it, h
ande
lsübl
ich,
in %
> 99
,5>
99>
99,8
≈ 85
> 99
,75
Eige
nsch
aften
ungi
ftig,
ger
uch-
, ge
schm
ack-
und
fa
rblo
s, u
nbre
nnba
r, ve
rbre
nnun
gsfö
r-de
rnd
ungi
ftig,
farb
los,
in
Men
gen
betä
uben
d,
char
akte
ristis
cher
Ge
ruch
geru
ch- u
nd fa
rblo
s,
hohe
s sp
ezifi
sche
s Ge
wich
t, wi
rkt
löse
nd o
der q
uelle
nd
gege
nübe
r ein
zeln
en
Elas
tom
er- u
nd P
oly-
mer
werk
stoff
en
ungi
ftig,
ger
uch-
, ge
schm
ack-
und
fa
rblo
s
ungi
ftig,
ger
uch-
un
d fa
rblo
s
Veru
nrei
nigu
ngen
N 2, Ar
, H2O
Ar, H
2OH 2,
N 2, O 2,
CH4
N 2, CO
2, C 3H
8O 2,
H 2OSp
ezi-
fisch
e M
asse
in
kg/m
3
0°C
und
1,01
bar
1,43
1,17
2,02
0,72
0,09
15°C
un
d 1,
00 b
ar1,
331,
072,
000,
660,
08
Sied
etem
pera
tur i
n °C
-183
-84
-43
-161
-253
Spez
ifisc
her H
eizw
ert
in k
J/m
357
120
93 0
00≈
36 0
0010
750
Min
imal
e Zü
ndte
m-
pera
tur i
n °C
mit
Luft
335
510
640
510
mit
O 229
549
059
045
0Zü
ndge
schw
indi
gkei
t in
m/s
mit
Luft
1,3
0,3
0,4
2,7
mit
O 213
,13,
73,
38,
9M
axim
ale
Flam
men
-te
mpe
ratu
r in
°Cm
it Lu
ft2
325
1 92
51
920
2 09
5m
it O 2
3 18
02
850
2 75
02
525
Flam
men
leist
ung
in k
J/(c
m3 s
)≈
45≈
11≈
13≈
14M
ischu
ngsv
erhä
ltnis
Br
enng
as :
Saue
rsto
ff1:
11:
3,5
1:1,
74:
1
Sachwortverzeichnis
4-Niveau-Lasers 424ΔI-Regelung 78ΔU-Regelung 78
AAbbrennstrom 383Abbrennzeit 383Abbrennzugabe 383Ablängen 58Ablenkfiguren 413Abreißzündung 136Absaugbrenner 196Absaugung 449Abschmelzleistung 116Absorption 423Aceton 298Acetylen 284Acetylenentwickler 297Acetylen-Luft-Gemisch 296Acetylenzerfall 296Aktive Gase 107Al₂O₃ 233Aluminium 379 – Ultraschallschweißen 465
Aluminothermisches Schmelzschweißen
– Fertigungshinweise 480Analogstromquellen 74Anode 65Anodenfallspannung 65Arbeitsgase 440Arbeitskammer 403Arbeitspunkt 77, 278Armaturen 304Aspektverhältnis 435Aufheizgeschwindigkeit 485Auftragschweißen 19Aufweitung 438Ausbringung 91, 99, 116Austenitbildner 35, 130, 192Autogenbrenner 287
BBackenabstand 383Balance 74, 137, 170Bandelektroden 95Basisch umhüllte Stabelektroden 115Basizitätsgrad 102, 233Beanspruchungszustand 36Beschichten 19Beschleunigungsspannung 401Besetzungsinversion 424Betriebsmittel 292Beugungsmaßzahl 438BG-Regeln 59Blaswirkung 67, 272Bolzenformen 270Bolzenschweißen 267Brennerhaltungen 318Brennweite 438Buckel ISO 8167-P2,5 375
CCalciumcarbid 297CaO 234CO₂ 429CO₂-Gaslaser 427CO₂-Slab-Laser 429Co-Basis-Legierungen 104Crossjet 434
DDampfkanal 409Deflagration 307Demontage 61Detonation 307Dick Rutil umhüllte Stabelektroden
(RR) 115Diffusionsschweißen 483Dimethylformamid 298Dissousgasflaschen 298Dissoziation 64Divergenz 424
Divergenzwinkel 438Doppelpulstechnik 208Drahtantrieb 86Drahtelektrodenende 202, 217, 278Drahtpulsen 209Drahtrichtwerk 90Drahtvorschubsysteme 86Druckminderer 110, 304Dünn Rutil umhüllte
Stabelektroden 115Durchdrücktechnik 174Durchtrittsstrommessung 412DVS-Merkblätter 212
EEdelmetalle – Ultraschallschweißen 465
Edelstähle 33Eigenspannungen 56Einschaltdauer 80Einschleich-Funktion 210Einstellregeln für Stahl 383Einteilung der Fertigungsverfahren
nach DIN 8580 15elektrische Gefährdung 279elektrische Leitfähigkeit von
Schutzgasen 106Elektrodenrückstand 156Elektrodenspitze 132, 163Elektrodenumhüllung 91Elektrogasschweißen 214Elektronengas 19Elektronenstrahl 401Elektronenstrahlgenerator 401Elektronenstrahlhärten 419Elektronenstrahlschweißen 401Elektronenstrahlschweiß-
verbindungen 410Engspaltschweißen 144, 212Erdgas 300Erschmelzungsart 32
Sachwortverzeichnis506
Ffallende Kennlinie 134, 169Farbkennzeichnung 314Faserlaser 427Fe-Basis-Legierungen 104FEM 43Ferritbildner 35Fertigungsprozess 15Fertigungsverfahren 15Festkörperlaser 423Filter 449Flachdrahtelektroden 203Flammdurchschlag 307Flamme 283Flammeneinstellungen 286Flammenstörungen 291Flüssiggas 299Flussspat 113Fokusdurchmesser 438Fokusposition 413Fokussierzahl 438Fördergasstrom 174Formiergas 183Fügbarkeit 29Fuge 312Fügen durch Schweißen 17Fugenform 46Fügeprozess 17Fügestelle 17Fügevorgang 17Fülldrahtelektroden 194Füllgrad 99
GGas 302Gasdüsensensor 275Gaslaser 423Gaslinsen 148, 182Gasrücktritt 307Gasschläuche 305Gasschmelzschweißen 309Gasschweißen 309Gasverbrauch 312Gebrauchsstellenvorlage 308Gefährdungen beim
Sprengschweißen 474Gefährdungsklassen 448Gefügeumwandlungen 34, 56Glättungsdrossel 73Gleichdruckbrenner 289
Grobkornzone 35Güte einer Schweißverbindung 56
HHartauftragen 95, 101Hauptgruppen der
Fertigungsverfahren 309Heißrisse 372Hilfsstromquelle 166Hochdruckbrenner 289Hochleistungselektroden 116Hochleistungs-Kurzlichtbogen 198Hochspannungsschweißanlagen 411Hochspannungszündgerät 67, 135,
168Hochvakuumschweißanlagen 404horizontale Kennlinie 194Hotstart-Funktion 211Hubzündung 85, 268Hybridprozess 209
II-Entwickler 297IG-IP-Modulation 79IG-UP-Modulation 79Impulslichtbogen 197Impulsstromschweißen 137, 170I-Naht 118induktive Sensoren 275induktiv unterstütztes
Laserstrahlschweißen 442Induktoren 387inerte Gase 107Injektorbrenner 288innere Regelung 78, 242Inverter 75Ionisation 64Ionisationsenergie 106
KKadmium-Überzüge 339Kalkspat 113kapazitive Sensoren 276Kathode 65Kathodenfallspannung 65kathodischer Reinigungseffekt 139Kaverne 224Keramikring 105, 269Kerbspannungskonzept 44Kernstab 91
Kilohertz-Pulsen 135Kleinspulengerät 88Kohlenstoffäquivalent 33Kompaktgerät 89Kondensatorbatterie 331Kondensatorentladungs-
Bolzenschweißen 268Konstruktionswerkstoffe 373Kontaktrohrabstand 201Kontaktwerkstoffe 373Kraft- und Stromprogramme 347Kurzlichtbogen 196Kurzlichtbogentechniken 205Kurzschlusszündung 68
LLängenzugabe 382LASER 423Laser-Abstandssensoren 276Laserarbeitsplätze 448Lasereffekt 423Laserklassen 448Laserscanner 276Laserschutzwand 449Leiterwerkstoffe 373L-Entwickler 297Lichtbogen 64Lichtbogenart 196Lichtbogenbolzenschweißen 268Lichtbogenhandschweißen 111Lichtbogenkennlinie 68Lichtbogenplasma 65Lichtbogensensoren 277Lichtbogenstaudruck 161Lichtbogentemperatur 65Lichtbogenzündung 67Lichtleitfasern 432Lichtquant 423Lichtquellen 423Lichtstrahlschweißen 399
Mmagnetische Fokussierlinse 402Magnetit 113Magnetwerkstoffe 373Maschinenbrenner 291Maschinenleistung 383Massivdrahtelektroden 95Mehrgasbrenner 145Mehrkathodenbrenner 145
Sachwortverzeichnis 507
Mehrkomponentengase 192Mehrkomponentenschutzgase 199Mehrrollenantriebe 87M-Entwickler 297Metall-Aktivgasschweißen 190Metalldampf 435Metall-Inertgas 190Metall-Schutzgasschweißen 188Mikroplasmaschweißen 178Mitteldruckentwickler 297mit Zellulose umhüllte
Stabelektroden 114Monochromasie 424
NNachlinksschweißen 317Nachrechtsschweißen 317Nachweiskonzepte 43Nd:YAG-Festkörperlaser 425, 426Nebenschluss 346Nennspannungskonzept 43Ni-Basis-Legierungen 104Nichteisenwerkstoffe 95nicht schweißbare
Schutzschichten 339Niederdruckentwickler 297Nonvacuum-Elektronenstrahl-
schweißen 405
OOffline-Programmierung 435Ökobilanzen 62Ordnungsnummer 21
PP 350, 375Phasenanschnittsteuerung 73Photon 423Pilotlichtbogen 168Pincheffekt 66Pinch-Effekt 200Plasma 435Plasmabeeinflussung 436Plasmadiagnostik 441Plasmadüse 166Plasmagas 161, 174Plasma-Heißdrahtschweißen 173, 177Plasma-Kaltdrahtschweißen 173Plasmalichtbogenschweißen 157Plasmaschweißen 155
Plasma-Stichlochschweißen 175Plasmastrahlschweißen 158Plasmawolke 435PLM 61Polungsarten 136, 169Pressschweißen 17, 20primär getaktete Stromquelle 75Product Lifecycle Management 61Produktionstechnik 15Produktlebensphasen 60programmierbare Steuerung 412Prozessanalyse 55Prozessgase 283Pull-Pull-Antrieb 89Pulsbreitenmodulation 74Pulverabsaugung 243Pulverförderer 174Pulver-Plasmalichtbogen-
schweißen 158, 177Pulververbrauch 237Pulverzuführung 174Pulverzusammensetzungen 104Punktschweißlack 339Push-Pull-Antrieb 89
QQualitätsstähle 33
Rräumliche Kohärenz 424Rautiefe 485Recyclingfähigkeit 61Reibschweißen – Bauteilverkürzung 457
Remote-Bearbeitung 434Ringzündung 86Rohrschweißen mit stabförmigem
Induktor 389Röntgenstrahlung 420rotierender Lichtbogen 198Rücktrocknung 117Rutil-sauer umhüllte
Stabelektroden 115Rutil-Zellulose umhüllte
Stabelektroden 115
SSauerstoffversorgung 292Sauer umhüllte Stabelektroden 114Saugbrenner 288
Scanneroptik 439Schaeffler-Diagramm 35Schärfentiefe 438Scheibenlaser 426Schlacke 116Schlauchpaket 85Schleppdüse 148, 182, 219Schlüssellochtechnik 174Schmelzbadsicherungen 255Schmelzschweißen 17, 20Schutzgasbrause 148, 182, 219Schutzgase 105, 441Schutzgläser 434Schweißaggregate 70Schweißbarkeit 29Schweißbolzen 105Schweißbrenneranstellung 217Schweißeignung 29Schweißen 17Schweißen durch festen Körper 475Schweißen mit Metallschmelzen 478Schweißen mit stabförmigem
Induktor 387Schweißen mit umschließendem
Induktor 387Schweißerlaubnisschein 59Schweißfolgepläne 45Schweißgut 17Schweißmöglichkeit 29Schweißnahtwertigkeit 44Schweißöse 174Schweißpositionen 312Schweißpulver 101, 226Schweißpulver zum UP-
Schweißen 103Schweißrauch 281Schweißsicherheit 29Schweißstäbe 93Schweißstabklassen 315Schweißstromquellen 70Schweißzone 17sekundär getakteten Stromquellen 74Sensorik 273S-Entwickler 297SF-Entwickler 297Sicherheitseinrichtungen 307Sicherheitsklasse 350Sicherheitswasservorlage 307Silber – Ultraschallschweißen 465
Slab-Laser 429
Sachwortverzeichnis508
Slope Control 412Spaltüberbrückbarkeit 310Spannkraft F 383Spannungsüberwachung 166Spitzenzündung 85, 268Sprühlichtbogen 197Square-wave-Stromquellen 242Stabelektroden 90Stahl – Ultraschallschweißen 465
Stähle 379Stahlflaschen 298Stahl mit Zinkschutzschicht 338Stahlwerkstoffe 95Steilflanken-Naht 120Steuerelektroden 402Steuerspannung 402Stichlochtechnik 174Strahlführungssysteme 432Strahlintensitäten 433, 435Strahlparameterprodukt 438Strahlpendeln 414Strahlqualität 433Strahlqualitätszahl 438Strahlstrom 402Strahltaillenradius 438Strahlungseinkopplung 440Streckenenergie 52Strichraupentechnik 122Stromkontaktrohr 84Stromquellenkennlinie 77, 278Strukturspannungskonzept 43stufengeschaltete
Schweißgleichrichter 73Synergiekennlinien 195Systeme 434SZTU-Schaubilder 34
Ttaktile Sensoren 274Technische Regeln für Acetylenanlagen
und Calciumcarbidlager (TRAC) 303Temperaturverteilung 285thermische Energie 17Thermokompressionsschweißen 475Thermopulsen 208thoriumhaltige
Wolframelektroden 155Thyristorstromquellen 73Tiefschweißen 174Titan – Ultraschallschweißen 465
Toleranzgrenzen 359Totalreflexion 432Transduktor 71Triangulation 276Trockensicherungen 308Tropfenablösung 197Tropfenübergang 116
UUltraschallschweißen von Glas 465Ultraschallschweißen von Kupfer 465Umlenkspiegel 432Umweltmanagementsystem 62U-Naht 120Unfallverhütungsvorschriften 59Universalgerät 89unlegierte Stähle 380unlösbare Verbindungen 19Unregelmäßigkeiten 56Unterpulverschweißen 224UP-Bandschweißen 248UP-Heißdrahtschweißen 248UP-Kaltdrahtschweißen 246UP-Mehrdrahtschweißen 249UP-Metallpulverschweißen 252
UP-Paralleldrahtschweißen 248UP-Tandem 249
VVerbindungselement 16Verbrennung 284Verunreinigungen 32V-Naht 120
WWärme 17Wärmeeinflusszone (WEZ) 17Wärmeleitfähigkeit von
Schutzgasen 106Wärmeleitungsschweißen 174Warmpressschweißen 475Wellenlänge 438Werkstoffübergang 192Werkstückdicken 312Widerstands- und
Heizleiterwerkstoffe 373WIG-Heißdrahtschweißen 140WIG-Kaltdrahtschweißen 140WIG-Stäbe 134Wirkpaarungen 20Wirkungsgrad 52, 425Wolframelektrode 82, 132Wolfram-Inertgasschweißen 127Wurzelschutz 149, 183, 219
XX-Naht 120
ZZellulose 113Zubrandverhalten 234Zündhilfen 259Zusatzwerkstoff 16
Recommended