Fachbuch 128/1 Leseprobe

Die Deutsche Bibliothek ± CIP-Einheitsaufnahme
Kompendium Schweiûtechnik / [Hrsg.: Behnisch]. - DuÈsseldorf :
Verl. fuÈr Schweiûen undverwandte Verfahren, DVS-Verl., 2002
(Fachbuchreihe Schweiûtechnik ; Bd. 128)
ISBN 3-87155-204-6
Bd. 1. Verfahren der Schweiûtechnik / Killing ; Killing. - 2002
ISBN 3-87155-205-4
Unter Mitarbeit von
Dipl.-Ing. Helmut Schultz (Abschnitt 8.1)
und
Dipl.-Ing. Karl-Heinz Hesse (Abschnitt 8.2)
Fachbuchreihe Schweiûtechnik
Band 128/I
ISBN 3-87155-205-4
Alle Rechte vorbehalten.
f Verlag fuÈr Schweiûen undverwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, DuÈsseldorf ´ 2002
Herstellung: J. F. Ziegler KG, Remscheid
Titelgestaltung: M + V Werbeagentur, Willich

Geleitwort zur 2. Auflage
Als der Verlag sich vor genau fuÈnf Jahren zur Herausgabe eines Kompendiums der Schweiûtechnik
entschloû, tat er dies mit der Feststellung und guten Absicht, die seit vielen Jahren spuÈrbare LiteraturluÈcke
mit einem aktuellen, aber auch preisguÈnstigen Gesamtwerk uÈber Schweiûverfahren,
Schweiûmetallurgie, Werkstoffe undkonstruktive Grundlagen zu schlieûen. Die groûe Nachfrage
nach dem vierbaÈndigen Fundus an umfassendem Wissen und Betriebspraxis hat sich erfreulicherweise
in verhaÈltnismaÈûig kurzer Zeit bestaÈtigt, so daû der Verlag und sein Autorenteam sich um eine
UÈ berarbeitung undErgaÈnzung der vergriffenen Auflage bemuÈhten, die als Neufassung nunmehr in
gewohnter QualitaÈt vorgelegt werden kann.
Der Entwicklungsstand der Schweiûprozesse, die uÈberschaubare Palette schweiûgeeigneter Werkstoffe
sowie die gestalterischen GrundsaÈtze zum Bau von Schweiûkonstruktionen, wie sie in den
fuÈnfziger Jahren dem Studierenden und praktisch taÈtigen Ingenieur zu Studium und BerufsausuÈbung
zur VerfuÈgung standen, rechtfertigten seinerzeit ein ein- bis zweibaÈndiges Fachbuch; fuÈnfzig Jahre
spaÈter hat allein die immense Zunahme der Werkstoffgruppen und ihre technisch und wirtschaftlich
befriedigende Verarbeitung mit einem vielfachen Angebot an FuÈge- undTrennprozessen die Erweiterung
des Buchtextes erforderlich gemacht. DaruÈber hinaus haben jahrzehntelange Erfahrungen und
BewaÈhrungen von vollstaÈndig geschweiûten Konstruktionen zu neuen Bauweisen und deren AusfuÈhrung
bis hin zur automatisierten Fertigung gefuÈhrt.
Auch die Internationalisierung des Regelwerks, der Berechnungsmethoden und der AusfuÈhrungsbestimmungen,
beispielsweise im konstruktiven Ingenieurbau, Schienenfahrzeug- undDruckgeraÈtebau,
verursachten eine thematische Erweiterung und einen didaktischen Aufbau des vorliegenden
Studier- und Nachschlagewerks.
Die jetzige Ausgabe wird sowohl dem technisch-wissenschaftlich orientierten als auch dem in der
Anwendung taÈtigen Leserkreis gerecht. SchwerpunktmaÈûig wollen die logisch gegliederten vier
BaÈnde auf die vielfaÈltigen Fragen nach dem ,,Wie`` eine rasche Antwort in den Wissensbereichen
Schweiûeignung der metallischen Werkstoffe ± Schweiûmetallurgie ± thermische FuÈge- undTrennverfahren
± schweiûgerechte Konstruktion geben. Zur Vertiefung der Materie Schweiûtechnik dienen
die jedem der einzelnen BaÈnde angeschlossenen Literaturstellen aus Wissenschaft, Betriebspraxis
undaktuellem Regelwerk.
Die von der Erstausgabe her bekannten Autoren haben sich auch in dieser Auflage um eine sorgfaÈltige
Anpassung undErweiterung des schweiûtechnischen Wissens bemuÈht. An der UÈ berarbeitung
des Bandes 1 von R. Killing hat Dr.-Ing. U. Killing mitgewirkt. Der von der Autorengemeinschaft
Probst/Heroldin erster Auflage verfaûte Band2 ist nunmehr allein von Herrn Prof. H. Herold
uÈberarbeitet worden; als Nachfolger von Herrn Prof. A. Neumann zeichnet Herr Dipl.-Ing. R.
Neuhoff fuÈr die sorgfaÈltige Betreuung von Band4 verantwortlich.
Allen Autoren, die besonders aufgrund ihrer aktiven paÈdagogischen TaÈtigkeit um die stetigen
VeraÈnderungen und Neuerungen wissen, sei abschlieûend fuÈr ihre Literaturarbeit herzlich gedankt.
DuÈsseldorf, im Sommer 2002
Verlag und Herausgeber

Vorwort zur 2. Auflage
Die Entscheidung zur Herausgabe eines Kompendiums der Schweiûtechnik war richtig und notwendig,
die Leser haben dieses Grundlagenwerk so angenommen, daû nun nach fuÈnf Jahren schon die
zweite, uÈberarbeitete Auflage erscheint. Der Inhalt wurde aktualisiert, denn bei den Schweiûverfahren
findet eine stetige Weiterentwicklung statt. So wurden das Plasma-Pulver-Verbindungsschweiûen,
das MAG-Mehrdrahtschweiûen und das ReibruÈhrschweiûen, ohne den Umfang dieses Fachbuches
wesentlich zu vergroÈûern, hinzugefuÈgt. Inzwischen neu erschienene DIN EN-Normen
wurden aufgenommen und das Bildmaterial, vor allem hinsichtlich der Schweiûanlagen, auf den
neuesten Stand gebracht. Es wurden ferner die Prozeûnummern nach DIN EN ISO 4063 bzw. ISO
857-1 eingefuÈhrt, die zunehmend Bedeutung gewinnen fuÈr die Bezeichnung der Prozesse in Zeichnungen,
Verfahrensanweisungen undPruÈfungszeugnissen. Da die internationale Norm ISO 857-1
bisher nur in Englisch undFranzoÈsisch vorliegt, erfolgte die Beschreibung der Verfahren weiterhin
nach DIN 1910.
Die Verfasser danken allen, die sie bei der UÈ berarbeitung unterstuÈtzt haben, vor allem den Fachkollegen
Dipl.-Ing. H. Schultz und Dipl.-Ing. K.-H. Hesse, die das Kapitel uÈber die Strahlschweiûverfahren
uÈberarbeitet haben, sowie Herrn L. Knittel im Lektorat des DVS-Verlages.
Solingen undLangenfeld, im Sommer 2002
R. Killing undU. Killing

1 Einteilung der Schweiûverfahren
Schweiûen ist nach DIN 1910-1 das Vereinigen von Werkstoffen in der Schweiûzone unter Anwendung
von WaÈrme und/oder Kraft mit oder ohne Schweiûzusatz. Es kann durch Hilfsstoffe, zum
Beispiel Schutzgase, Schweiûpulver oder Pasten, ermoÈglicht oder erleichtert werden. Die zum
Schweiûen notwendige Energie wird von auûen zugefuÈhrt. Nach dem Zweck des Schweiûens wird
unterschieden in Verbindungsschweiûen und Auftragschweiûen, nach dem physikalischen Ablauf
des Schweiûens in Preûschweiûen und Schmelzschweiûen.
1.1 Kurze Geschichte der Schweiûtechnik
Das aÈlteste Schweiûverfahren, das Feuerschweiûen, bei dem zwei Metallenden auf Schmiedetemperatur
erhitzt unddurch HammerschlaÈge zur Vereinigung gebracht wurden, war in Indien schon
2000 Jahre vor Christi Geburt bekannt [1-1]. Die Verfahren, die heute zum Schweiûen angewendet
werden, sind aber nicht viel mehr als 100 Jahre alt.
Bereits 1849 wurde in England ein Patent uÈber das Lichtbogenschweiûen angemeldet, es kam aber
nicht zur Anwendung. Der Russe Benardos begann 1881 als erster damit, den Lichtbogen, der bis
dahin meist fuÈr Beleuchtungszwecke eingesetzt wurde, zum Schweiûen zu nutzen. Zwischen einer
Kohleelektrode und dem WerkstuÈck wurde ein Lichtbogen gezuÈndet und Zusatzwerkstoff in Stabform
zugegeben. Unter Zuhilfenahme von Badsicherungen aus Kupfer gelang es auch schon, wie
Bild1-1 zeigt, in Zwangslagen zu schweiûen [1-2]. Ebenfalls ein Russe, naÈmlich Slawjanow benutzte
seit 1891 einen Metallstab zum Schweiûen, der gleichzeitig LichtbogentraÈger undSchweiûzusatz
war. Das Metallichtbogenschweiûen war geboren. Nachdem man zuerst mit nackten, nicht umhuÈllten
Elektroden schweiûte, begann man bereits fruÈh durch Tauchen der StaÈbe in eine Aufschwemmung
von Mineralien duÈnne UÈ berzuÈge aufzubringen, die das Schweiûen erleichterten. Das erste Patent
uÈber eine umhuÈllte Schweiûelektrode wurde 1907 dem schwedischen Ingenieur O. Kjellberg erteilt.
SpaÈter wurden die UmhuÈllungen durch Pressen aufgebracht. Dies brachte das Verfahren weiter nach
vorn. Bild 1-2 zeigt das Lichtbogenhandschweiûen um das Jahr 1919 [1-3].
Bild 1-1. Verbindungsschweiûen
mit Kohleelektrode.
Bild 1-2. Lichtbogenhandschweiûen im Jahr 1919 mit einem
mobilen Umformer als Stromquelle (Werkbild: ESAB GmbH,
Solingen).
1

Das Widerstandsschweiûen geht auf E. Thomson, einem in den USA lebenden EnglaÈnder zuruÈck
(1886). Als Stromquellen dienten zuerst Batterien, weil ein leistungsfaÈhiges Netz noch nicht zur
VerfuÈgung stand[1-4].
Die EinfuÈhrung des Gasschmelzschweiûens ging einher mit der MoÈglichkeit, Calciumcarbidherstellen
zu koÈnnen (Wilson, 1882) und der Entwicklung des ersten leistungsfaÈhigen Brenners durch
Heinrich DraÈger (1896). Bis dahin wurde schon Wasserstoff als Brenngas verwendet, allerdings nicht
mit sehr groûem Erfolg.
Die teil- und vollmechanischen Verfahren, die heute meist angewendet werden, sind alle wesentlich
juÈnger. Sie kamen meist aus den USA nach Europa, und zwar 1934 das Unterpulverschweiûen, 1936
das WIG-Schweiûen und 1948 das MIG-Schweiûen. MAG-Schweiûen unter Kohlendioxid wurde
1953 zuerst in der UdSSR angewendet. Das Plasmaschweiûen ist erst seit den 60er Jahren in
Anwendung und die modernen Strahlverfahren, wie das Elektronenstrahl- und das Laserstrahlschweiûen
befinden sich heute nach der Entwicklungsphase nun im Stadium der industriellen
EinfuÈhrung. Etwa um das Jahr 1950 begann man damit, Metalle mit dem Elektronenstrahl zu
schweiûen, und das Laserstrahlschweiûen wurde in den 70er Jahren erstmals zum Schweiûen eingesetzt
[1-5].
1.2 Einordnung in die Fertigungsverfahren
DIN 8580 unterscheidet 6 Hauptgruppen von Fertigungsverfahren, Tabelle 1-1. Einige Schweiûverfahren
findet man schon in der Gruppe 1 ,,Urformen``, so das Gieûschweiûen, und in der Gruppe 2
,,Umformen`` zum Beispiel das Kaltpreûschweiûen. Die meisten der heute angewandten Schweiûverfahren
sindaber den Gruppen 4 ,,FuÈgen`` und5 ,,Beschichten`` zuzuordnen.
Tabelle 1-1. Einteilung der Fertigungsverfahren in Hauptgruppen nach DIN 8580.
1.3 Einteilung nach der deutschen Norm DIN 1910
DIN 1910 teilt die Schweiûverfahren ein nach dem Zweck des Schweiûens in Verbindungs- und
Auftragschweiûen und nach dem physikalischen Ablauf des Schweiûens in Preûschweiûen und
Schmelzschweiûen. Die Definition lautet:
Preûschweiûen:
Schmelzschweiûen:
Schweiûen unter Anwendung von Kraft ohne oder mit Schweiûzusatz, oÈrtliches
ErwaÈrmen (unter UmstaÈnden bis zum Schmelzen) ermoÈglicht oder erleichtert
das Schweiûen.
Schweiûen bei oÈrtlich begrenztem Schmelzfluû ohne Anwendung von Kraft
mit oder ohne Schweiûzusatz.
2

Tabelle 1-2. Einteilung der Schmelzschweiûverfahren in Anlehnung an DIN 1910-2.
Eine UÈ bersicht uÈber die Schweiûverfahren gibt DIN 1910-2. Die Tabellen 1-2 und 1-3 enthalten
daraus die wichtigsten Verfahren zum Schweiûen von Metallen. Weitere Teile der DIN 1910 behandeln
verschiedene Verfahrensgruppen noch ausfuÈhrlicher, zum Beispiel der Teil 3 die Verfahren zum
Schweiûen von Kunststoffen, der Teil 4 die Schutzgasschweiûverfahren und der Teil 5 die Widerstandsschweiûverfahren.
Teil 1 bringt eine generelle Einteilung der Verfahren und erklaÈrt den Begriff
,,Schweiûen`` ganz allgemein.
3

Tabelle 1-3. Einteilung der Preûschweiûverfahren in Anlehnung an DIN 1910-2.
4

2 Gasschweiûen
Das Gasschweiûen laÈût sich unterteilen in Gaspreûschweiûen undGasschmelzschweiûen. Das Gaspreûschweiûen
gehoÈrt zu den Preûschweiûverfahren, siehe Tabelle 1-3. Die Gasflamme dient hier nur
zum AnwaÈrmen der StoûflaÈchen, zum Beispiel von BetonstaÈhlen. Das Schweiûen erfolgt anschlieûendunter
Anwendung von Druck. Das Verfahren gehoÈrt eigentlich in das Kapitel 10 ,,Sonderverfahren``,
wird aber in diesem Fachbuch nicht weiterbehandelt. Das Gasschmelzschweiûen ist Gegenstanddieses
Kapitels. Es wirdim allgemeinen Gasschweiûen genannt.
2.1 Gasschmelzschweiûen (Prozeû-Nr. 3)
Das Gasschmelzschweiûen ist eines der aÈltesten Schmelzschweiûverfahren. Es hat seit der EinfuÈhrung
moderner Verfahren, beispielsweise das WIG-Schweiûverfahren, viel an Bedeutung verloren.
2.1.1 Prinzip des Gasschmelzschweiûens
Beim Gasschweiûen, auch Autogenschweiûen genannt, dient eine Flamme als WaÈrmequelle. Zu ihrer
Entstehung und Unterhaltung ist ein Brenngas erforderlich sowie Sauerstoff, der die Verbrennung
unterstuÈtzt. Die Flamme schmilzt den Grundwerkstoff auf, Schweiûzusatz wird in Stabform zugegeben.
Das Gasschmelzschweiûen zeichnet sich aus durch eine universelle Anwendbarkeit und einen
geringen Investitionsbedarf.
2.1.2 Eigenschaften der Gase
Wie bereits erwaÈhnt, wirdzum Gasschweiûen neben einem Brenngas auch Sauerstoff zur UnterstuÈtzung
der Verbrennung und zur ErhoÈhung der Flammenleistung benoÈtigt.
2.1.2.1 Sauerstoff
Der zum Schweiûen benoÈtigte Sauerstoff wirdmeist durch Luftzerlegung gewonnen. Der uÈbliche
Reinheitsgradist 99,5 %. Er wirdgasfoÈrmig oder fluÈssig bereitgestellt. Bei geringerem Verbrauch ist
es uÈblich, den Sauerstoff gasfoÈrmig in Stahlflaschen mit einem FassungsvermoÈgen von 40 oder 50
Liter undunter einem Druck von 150 bzw. 200 bar zu beziehen. Die Flaschen hatten bisher einen
blauen Farbanstrich. Nach der neuen DIN EN 1089 ist die Kennfarbe in Zukunft weiû. Wenn es
mehrere Entnahmestellen im Betrieb gibt, koÈnnen anstelle von Einzelflaschen auch FlaschenbuÈndel
oder Flaschenbatterien eingesetzt werden. Bei groÈûerem Verbrauch, die Grenze liegt etwa zwischen
300 und1000 m 3 /Monat [2-1], kann der Sauerstoff auch tiefkalt, fluÈssig in Standtanks oder Kaltvergasern
gelagert werden, die von Tankwagen befuÈllt werden.
2.1.2.2 Brenngase
Beim Gasschmelzschweiûen wirdals Brenngas meist Acetylen (C 2 H 2 ) eingesetzt (Prozeû-Nr. 311).
Prinzipiell waÈren auch andere Kohlenwasserstoffe wie Propan (C 3 H 8 ) (Prozeû-Nr. 312) undMethan
(CH 4 ) dafuÈr geeignet, Acetylen ergibt aber beim Verbrennen mit Sauerstoff von den moÈglichen
Gasen die hoÈchste Flammenleistung. Dies haÈngt nicht mit einem besonders hohen Heizwert zusammen,
sondern mit der groûen Verbrennungs- (ZuÈnd-) Geschwindigkeit des Acetylens.
In fruÈheren Zeiten erzeugten die Betriebe das benoÈtigte Acetylen (C 2 H 2 ) selbst in Acetylenentwicklern.
Heute ist dies eher die Ausnahme, das Gas wird in Flaschen bezogen. Bild 2-1 zeigt in
5

schematischer Darstellung einen Schubladenentwickler. Calciumcarbid (CaC 2 ), das durch Reaktion
von Kalk und Kohle im Lichtbogenofen gewonnen wird, wird in die Schubladen des Entwicklers
eingegeben. Es reagiert dort unter Hinzutritt von Wasser nach der Formel:
CaC 2 +H 2 O=C 2 H 2 + Ca(OH) 2 +WaÈrme.
Das gebildete Gas verdraÈngt das Wasser aus dem oberen Teil des BehaÈlters, so daû kein Wasser mehr
in die Schubladen gelangen kann, und stoppt damit die weitere Vergasung, bis wieder Gas entnommen
wird. Der entstehende Kalkschlamm muû entsorgt werden.
Schematische Darstellung eines Schubladenentwick-
Bild 2-1.
lers.
Bild 2-2.
Aufbau einer Acetylenflasche.
Heute wird, wie bereits erwaÈhnt, das Acetylen meist von Fachfirmen in Stahlflaschen geliefert.
Acetylenflaschen trugen bisher einen gelben Anstrich. Nach der neuen DIN EN-Norm ist die
Kennfarbe kastanienbraun. Acetylen neigt dazu, bei DruÈcken oberhalb von 2,5 bar in seine Bestandteile
Kohlenstoff undWasserstoff zu zerfallen. Damit ist eine TemperaturerhoÈhung undVolumenvergroÈûerung
verbunden, die zur Explosion fuÈhren kann. Es darf deshalb im Entwickler und in
Leitungen der Sicherheitsdruck von 1,5 bar nicht uÈberschritten werden. Anders dagegen in den
Flaschen. Diese sindmit einer poroÈsen Masse gefuÈllt, Bild2-2. In die HohlraÈume der poroÈsen Masse
wirdAceton eingefuÈllt. Dieses kann Acetylen loÈsen, undzwar loÈst 1 l Aceton bei 1 bar etwa 24 l
Acetylen. Weil das Acetylen in der Flasche nicht gasfoÈrmig sondern geloÈst vorliegt, kann der Druck
auf 18, bei hochporoÈsen Massen sogar auf 19 bar gesteigert werden, ohne daû es zum Acetylenzerfall
kommt. In einer normalen Flasche mit einem Rauminhalt von 40 l befinden sich 13 l Aceton, so daû
hierin bei 18 bar 6,3 kg Acetylen gespeichert werden koÈnnen [2-2], Tabelle 2-1.
6

Tabelle 2-1.
GaÈngige Stahlflaschen fuÈr Acetylen.
Stahlflaschen fuÈr geloÈstes Acetylen
normale FuÈllmasse hochporoÈseFuÈllmasse
Flaschenvolumen (Liter) 20 40 20 40 50
AcetylenfuÈllmenge (kg) 3,0 6,3 4,0 8,0 10,0
AcetylenfuÈllmenge (Liter) g 3000 g 6000 g 4000 g 8000 g 10000
FuÈlldruck bei 15 C (bar) 18 18 18 19 19
AcetonfuÈllungen (Liter) 6 13 8 16 20
Entnahmemenge (Liter/Stunde)
± Stoûbetrieb 1000
± Dauerbetrieb 500 bis 700
2.1.3 Die Autogenflamme
Das Brenngas verbrennt unter Einfluû des Sauerstoffs in einer zweistufigen Verbrennung.
2.1.3.1 Brenner und ZubehoÈr
Zum Gasschweiûen werden heute fast ausnahmslos Injektorbrenner verwendet, Bild 2-3. Der mit
hoÈherem Druck (2,5 bar) eingestellte Sauerstoff saugt das Acetylen (0,5 bar) an. Beide Gase werden
Bild 2-3.
Brenner zum Gasschweiûen.
im Brenner gemischt, und die Verbrennung findet auûerhalb des BrennermundstuÈckes statt. Die
hoÈchste Temperatur stellt sich etwa 2 bis 5 mm vor dem leuchtenden Kegel der Flamme an der
Brennerspitze ein, Bild2-4. Wenn Acetylen mit Sauerstoff verbrennt, entsteht hier eine Temperatur
von 3200 C. An dieser Stelle der hoÈchsten Temperatur soll auch das Schweiûen stattfinden.
Bild 2-5 zeigt das Gasschweiûen bei der Herstellung eines PruÈfstuÈckes. Der Brennereinsatz wirdmit
einer UÈ berwurfmutter an das GriffstuÈck des Brenners angeschraubt. Dadurch ist es moÈglich, je nach
zu schweiûender Materialdicke unterschiedlich groûe BrennereinsaÈtze zu verwenden. Tabelle 2-2
gibt die GroÈûe des Schweiûeinsatzes fuÈr verschiedene Blechdicken an. Mit steigender BrennergroÈûe
nimmt auch die Abschmelzleistung des Verfahrens zu. Mit einer einfachen Formel, Tabelle 2-3, kann
aus den Grenzdicken der BrennereinsaÈtze der stuÈndliche Gasverbrauch errechnet werden.
Die Brenner sinduÈber Druckminderer und SchlaÈuche mit den Druckflaschen bzw. mit dem Acetylenentwickler
verbunden. Um eventuell moÈgliche FlammenruÈckschlaÈge zu vermeiden, muû zwischen
den Brenner und die Acetylenquelle (Flache, Entwickler) eine Flammensperre eingeschaltet
werden. DafuÈr wurden fruÈher meist Wasservorlagen verwandt, heute werden dafuÈr aber Trokkensicherungen
eingesetzt.
7

Bild 2-4.
Acetylen-Sauerstoff-Flamme.
Bild 2-5.
Gasschweiûer beim Schweiûen eines PruÈfstuÈcks.
Tabelle 2-2.
Benennung
Betriebswerte fuÈr SchweiûeinsaÈtze.
Nennbereich
(Stahlblechdicke in mm)
GroÈûe
Sauerstoff
BetriebsuÈberdruck (bar)
Verbauch l/h
im Normalzustand
Schweiûeinsatz 0,2 . . . 0,5 0 40 + 5
Schweiûeinsatz 0,5 . . . 1 1 80 + 10
Schweiûeinsatz 1 . . . 2 2 160 + 15
Schweiûeinsatz 2 . . . 4 3 315 + 30
Schweiûeinsatz 4 . . . 6 4 2,5 500 + 50
Schweiûeinsatz 6 . . . 9 5 800 + 80
Schweiûeinsatz 9 . . . 14 6 1250 + 125
Schweiûeinsatz 14 . . . 20 7 1800 + 180
Schweiûeinsatz 20 . . . 30 8 2500 + 250
In der Praxis hat sich gezeigt, daû vielfach Rohre mit einer Wanddicke von 4,5 mm geschweiût werden. Aus diesem Grund
ist zusaÈtzlich ein Schweiûeinsatz mit dem Nennbereich 3 bis 5 entwickelt worden und im Handel erhaÈltlich.
8

2.1.3.2 Flammeneinstellung
Die Flamme kann je nach Brenngas/Sauerstoff-VerhaÈltnis oxidierend (SauerstoffuÈberschuû), neutral
oder reduzierend (GasuÈberschuû) eingestellt werden. Beim Verbindungsschweiûen, beim Auftragen
von weichen Eisenwerkstoffen undvon Chrom-Nickel-Stahl wirddie Flamme neutral eingestellt.
Mit SauerstoffuÈberschuû wirdMessing geschweiût, waÈhrend die reduzierend eingestellte Flamme
bei Guûeisen, Aluminium undbeim Hartauftragschweiûen uÈblich ist.
Tabelle 2-3.
Berechnungsformel des Gasdurchsatzes.
Summe der Grenzwerte des Blechdickenbereichs ´ 100 = Gasmenge (l/h)
2
fuÈr die BrennereinsatzgroÈûe 3 ergibt sich somit zum Beispiel ein Gasdurchsatz von:
2+4 ´ 100 = 300 l/h
2
Auch beim Panzern wirdmit GasuÈberschuû gearbeitet. Den Graddes GasuÈberschusses kann man
durch das VerhaÈltnis der Strecken l 2 zu l 1 im FlammenbildausdruÈcken, Bild2-6. Mit zunehmendem
GasuÈberschuû wirdl 2 laÈnger unddas VerhaÈltnis l 2 /l 1 groÈûer. In dieser ersten Verbrennungsstufe
kommt es zunaÈchst durch den zugefuÈhrten Sauerstoff nur zu einer unvollstaÈndigen Verbrennung. Das
Acetylen verbrennt zu Kohlenmonoxid(CO) undWasserstoff (H 2 ). Das Kohlenmonoxidwirkt
aufkohlendnach der Formel:
2CO=2C+O 2 .
In der zweiten Verbrennungsstufe werden dann die entstandenen Verbrennungsprodukte KohlenmonoxidundWasserstoff
vollstaÈndig verbrannt zu Kohlendioxid (CO 2 ) undWasserdampf (H 2 O).
Der dazu benoÈtigte Sauerstoff wirdaus der umgebenden AtmosphaÈre entnommen. Auf diese Weise
wird das Schweiûgut auch vor Oxidation geschuÈtzt.
Je nach AusstroÈmgeschwindigkeit der Gase kann man noch eine harte und eine weiche Flamme
unterscheiden.
Bild 2-6. Zonen der Acetylen-Sauerstoff-Flamme
bei GasuÈberschuû.
2.1.4 Methoden des Gasschmelzschweiûens
Das Gasschweiûen kann in zwei Arbeitstechniken angewandt werden, und zwar von rechts nach links
(Nachlinksschweiûen) undvon links nach rechts (Nachrechtsschweiûen). Bei der Nachlinksschweiûung
laÈuft der Schweiûstab vor der Flamme her, wird nach rechts geschweiût, folgt er ihr, Bild 2-7.
9

Bild 2-7.
Arbeitstechniken beim Gasschmelzschweiûen.
2.1.4.1 Nachlinksschweiûen
Das Nachlinksschweiûen wird beim Verbindungsschweiûen an duÈnnen Blechen (bis 3 mm) angewandt,
ferner beim Hartauftragen (Panzern). Hierbei steht der Brenner auch schraÈger, so daû die
Flamme mehr auf den aufzuschweiûenden Grundwerkstoff gerichtet ist. Die Aufkohlung durch die
reduzierend eingestellte Flamme verhindert beim Panzern einen HaÈrteabfall im Schweiûgut und
senkt in einer duÈnnen Zone des Grundwerkstoffes den Schmelzpunkt, so daû es nur hier zu einem
flachen Einbrandunddamit zu geringer Vermischung kommt.
2.1.4.2 Nachrechtsschweiûen
Das Nachrechtsschweiûen eignet sich besser fuÈr dickere WerkstuÈcke, weil hierbei ein tieferer Einbrandundeine
sicherere Durchschweiûung erzielt werden. Beim Auftragschweiûen zum Beschichten
undPlattieren wirdim Gegensatz zum Panzern die Nachrechtsschweiûung eingesetzt.
2.1.5 Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe
SchweiûstaÈbe zum Verbindungsschweiûen mit der Autogenflamme sind in DIN EN 12536 genormt.
StaÈbe zum Auftragschweiûen sindin DIN 8555 enthalten. DIN EN 12536 unterscheidet fuÈr un- und
niedriglegierte StaÈhle sechs Sorten von SchweiûzusaÈtzen, Tabelle 2-4. FuÈr nicht genormte Sorten
Tabelle 2-4. Chemische Zusammensetzung der SchweiûstaÈbe nach DIN EN 12536.
Schweiûstabklasse
Chemische Zusammensetzung in %
Kurzzeichen
C Si Mn P S Mo Ni Cr
O Z jede andere vereinbarte Zusammensetzung
O I 0,03 . . . 0,12 0,02 . . . 0,20 0,35 . . . 0,65 0,030 0,025 ± ± ±
O II 0,03 . . . 0,20 0,05 . . . 0,25 0,50 . . . 1,20 0,025 0,025 ± ± ±
O III 0,05 . . . 0,15 0,05 . . . 0,25 0,95 . . . 1,25 0,020 0,020 ± 0,35 . . . 0,80 ±
O IV 0,08 . . . 0,15 0,10 . . . 0,25 0,90 . . . 1,20 0,020 0,020 0,45 . . . 0,65 ± ±
O V 0,10 . . . 0,15 0,10 . . . 0,25 0,80 . . . 1,20 0,020 0,020 0,45 . . . 0,65 ± 0,80 . . . 1,20
O VI 0,03 . . . 0,10 0,10 . . . 0,25 0,40 . . . 0,70 0,020 0,020 0,90 . . . 1,20 ± 2,00 . . . 2,20
Einzelwerte in der Tabelle sind HoÈchstwerte.
10

gelten Sondervereinbarungen. Sie unterscheiden sich durch ihre chemische Zusammensetzung und
die Schweiûeigenschaften. WaÈhrend die Sorten O I und O II mehr oder weniger duÈnnflieûendsind,
ergeben die uÈbrigen Sorten ein zaÈhflieûendes Schweiûgut. Die genormten Durchmesser liegen
zwischen 1,6 und6,3 mm, die StaÈbe sind1 m lang.
GasschweiûstaÈbe gibt es auch in den meisten der 17 Legierungsgruppen von DIN 8555. Die hierfuÈr
verwendeten StaÈbe koÈnnen gewalzt, gegossen, gezogen, gesintert oder gefuÈllt sein.
Hilfsstoffe sind Fluûmittel, die in Form von Pulvern, Pasten oder FluÈssigkeiten zwar nicht beim
Stahlschweiûen, aber beim Schweiûen von Aluminium undanderen NE-Metallen zum AufloÈsen von
OberflaÈchenbelaÈgen zugegeben werden.
2.1.6 Anwendung des Gasschweiûens
Im Zeitalter des modernen Schutzgasschweiûens hat das Gasschmelzschweiûen fuÈr das Verbindungs-
und Auftragschweiûen viel an Bedeutung verloren. Dies haÈngt sicher auch mit der relativ
niedrigen Abschmelzleistung und Wirtschaftlichkeit zusammen sowie mit den geringen MoÈglichkeiten
des Mechanisierens.
Es gibt aber Einsatzgebiete des Panzerns, fuÈr die sich das Verfahren wegen der MoÈglichkeit mit
aufkohlender Flamme und geringem Aufmischungsgrad zu arbeiten besonders eignet. Dies ist
besonders beim Stellitieren der Fall. Stellitlegierungen (Legierungs-Gruppe 20 ± DIN 8555) sind
Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen mit hoÈherem Kohlenstoffgehalt. Sie sindkorrosionsbestaÈndig
undverschleiûfest undwerden beispielsweise eingesetzt zum Panzern von Schiebersitzen im Armaturenbau
undfuÈr Ventilsitze in hochbeanspruchten Verbrennungsmotoren.
Beim Verbindungsschweiûen kommt das Gasschmelzschweiûen hauptsaÈchlich bei BoÈrdel-, I- und V-
NaÈhten an un- und niedriglegierten Stahlrohren zum Einsatz. Wegen der geringen Abschmelzleistung
ist der wirtschaftliche Einsatz aber auf Rohre mit kleinen Auûendurchmessern (etwa maximal
150 mm) und geringen Wanddicken (maximal etwa 4,5 mm) beschraÈnkt. In diesem Bereich wird das
Verfahren aber gern wegen der guten Schweiûbadbeherrschung in Zwangslagen und wegen des
geringen Aufwandes an Einrichtungen bei BaustelleneinsaÈtzen gegenuÈber anderen Schmelzschweiûverfahren
bevorzugt.
Ein weiteres Anwendungsgebiet fuÈr das Gasschmelzschweiûen liegt auf dem Sektor des Guûeisenwarmschweiûens,
wie es bei Reparaturzwecken vorkommt. Dabei werden die WerkstuÈcke auf Rotglut
vorgewaÈrmt, mit artgleichen SchweiûzusaÈtzen geschweiût undanschlieûendlangsam abgekuÈhlt
[2-3].
2.1.7 Fehler beim Gasschweiûen
Schweiûnahtfehler (UnregelmaÈûigkeiten) sindbeim Gasschweiûen meist die Folge unguÈnstiger
Fugenvorbereitung oder falscher Arbeitsweise des Schweiûers [2-4]. Am meisten treten ungenuÈgende
Durchschweiûung, Einbrandkerben, Bindefehler und Poren auf. Ferner koÈnnen OxideinschluÈsse
undRisse vorkommen.
UngenuÈgende Durchschweiûung ist meist die Folge eines zu kleinen Wurzelspaltes. Dieser kann sich
auch durch die Schrumpfung beim Schweiûen verengen, wenn die Heftstellen nicht kraÈftig genug
ausgefuÈhrt wurden. Die Durchschweiûung laÈût sich anhandder OÈ se kontrollieren, die sich beim
Nachrechtsschweiûen im Spalt ausbildet.
Einbrandkerben entstehen, wenn der Schweiûzusatz nicht gleichmaÈûig bis zu den RaÈndern der Fuge
verteilt wird. Meist ist eine falsche Brennerhaltung oder ungenuÈgendes RuÈhren mit dem Schweiûdraht
die Ursache.
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Bindefehler sind ,,Kaltstellen`` meist in der Bindezone oder zwischen zwei Schweiûlagen, die
entstehen, wenn der gewaÈhlte Brennereinsatz fuÈr die zu schweiûende Materialdicke nicht ausreicht
oder wenn zu schnell geschweiût wird. Auch beim zu langsamen Schweiûen koÈnnen Bindefehler
durch vorlaufendes Schweiûgut auftreten.
Poren werden beim Gasschweiûen meist durch Kohlenmonoxidbildung im Schweiûgut verursacht,
wenn das Schweiûgut wegen eines relativ hohen Kohlenstoffgehaltes bei gleichzeitig hohem Sauerstoffgehalt
unberuhigt wird. HaÈufig ruÈhrt der hohe Kohlenstoffgehalt von einer Aufkohlung durch
die Flamme bei inkorrekter Einstellung her.
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