01 Einführung / Werkstoffliche Grundlagen Flashcards
Fügen - Definition
Fügen ist das auf Dauer angelegte Verbinden oder sonstige Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter Form oder von eben solchen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt.
Fügen - Grundsätzliche Möglichkeiten des Zusammenhaltens
Formschluss:
Zusammenhalt der Bauteile durch Form der zusammengesetzten Bauteile
Kraftschluss:
Fixierung und Kraftübertragung durch die Haftreibung
- Kraft- und Formschluss werden in der Praxis oft in Kombination angewandt
Stoffschluss:
Zusammenhalt wird durch zwischenmolekulare Kräfte zwischen den Bauteilen hergestellt
Stoffschlüssige Verbindungen - Definition
Stoffschlüssige Verbindungen werden alle Verbindungen genannt, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
Schweißen - Definition
Schweißen ist das Fügen von Metallen oder Kunststoffen unter Anwendung von Wärme, Druck oder beidem, und zwar mit oder ohne Zusetzen von Zusatzwerkstoff mit gleichem oder nahezu gleichem Schmelzbereich.
Löten - Definition
Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen des Lotes oder durch Diffusion an den Grenzflächen entsteht.
Unterschied Löten/Schweißen
Verwendung eines niedrig schmelzenden Zusatzwerkstoffes beim Löten, der die dabei nicht anzuschmelzenden Bauteile im Schmelzfluss des Zusatzes verbindet.
Kleben - Definition
Kleben ist ein Fügen unter Verwendung eines Klebstoffs, d.h. eines nichtmetallischen Werkstoffes, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit, d.h. Adhäsion und Kohäsion, verbinden kann.
Argumente für stoffschlüssige Verbindungen (6)
- Hohe Festigkeiten
- Vollanschluss möglich
- Unlösbar
- Dicht
- Vergleichsweise preiswert
- Relativ hohe gestalterische Freiheit
Argumente gegen stoffschlüssige Verbindungen (3)
-
Werkstoffveränderung
-> Änderungen der direkten Werkstoffeigenschaften
-> Hervorrufen von Verzug und Eigenspannungen - Keine direkte Prüfung der Verbindungseigenschaften möglich
-
Spezielle Prozesse
-> Stoffschlüssige Verfahren werden in den Qualitätssicherungssystemen als sog. spezielle Prozesse bezeichnet.
Einflussfaktoren auf die Auswahl des Fügeverfahrens (4)
- Werkstoff Fügeeignung
- Verfahren Fügemöglichkeit
- Konstruktion Fügesicherheit
-> Drei Eigenschaften als „Fügbarkeit“ zusammengefasst - Wirtschaftlichkeit
Fügeeignung - Schweißeignung
- Die Schweißeignung ist eine Werkstoffeigenschaft. Sie wird im Wesentlichen von der Fertigung und in geringerem Maße von der Konstruktion beeinflusst.
- Sie ist vorhanden, wenn im Verlauf des eingesetzten Schweißverfahrens aufgrund des Werkstoffs gegebenen Eigenschaften eine jeweils den gestellten Anforderungen entsprechende Schweißnaht hergestellt werden kann.
- Die Schweißeignung eines Werkstoffs ist umso besser, je weniger die werkstoffbedingten Faktoren beim Festlegen eines Schweißverfahrens berücksichtigt werden müssen.
Fügemöglichkeit - Schweißmöglichkeit
- Die Schweißmöglichkeit wird durch das Fertigungsumfeld definiert
- Sie beinhaltet Faktoren wir die Verfügbarkeit geeigneter Maschinen und qualifizierten Personals sowie der erforderlichen fertigungstechnischen Randbedingungen (z.B. Räumlichkeiten, inner- und außerbetrieblicher Transportmöglichkeiten)
Fügesicherheit - Schweißsicherheit
Die Konstruktion definiert alle Randbedingungen, unter denen eine Fügeverbindung entsteht und hat daher entscheidenden Einfluss auf die Prozesssicherheit.
Schmelzschweißen - Wärmequelle
- Diese muss in der Lage sein, den Werkstoff auf Schmelztemperatur zu bringen
- Die Wärmequelle muss so konzentriert auf den Werkstoff wirken, das der nur lokal aufschmilzt
- Schweißverfahren unterscheiden sich in der Art der Wärmequelle und dessen spezifische Eigenschaften (Wirkfläche, Leistung und Leistungsdichte)
Schmelzschweißen - Prozess
- Wärme wird lokal ins Bauteil und in den Zusatzwerkstoff eingebracht
- Bauteil wird heiß, Spitzentemperaturen sind umso höher je näher sich ein Volumenelement des Werkstoffes an der Schweißnaht befindet -> Begrenzte Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes
- Erstarrung:
-> Wärme muss aus der Schweißzone abfließen
-> Überwiegend über Wärmeleitung in das umgebende Bauteil
-> Im Anschluss über Konvektion und Strahlung an die Umgebung - Wärmezyklus (zeitliche Abfolge von Aufheizung und Abkühlung) beeinflusst die Eigenschaften des (metallischen) Werkstoffs
Stahl
- Werkstoff, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2,06% ist und der andere Elemente enthält. Eine begrenzte Anzahl von Chromstählen kann mehr als 2,06% Kohlenstoff enthalten, aber 2,06% ist die übliche Grenze zwischen Stahl und Gusseisen.
- Unlegierter Stahl:
-> Stahl bei dem die in der Tabelle genannten Grenzwerte nicht überschritten werden - Legierter Stahl:
-> Jede andere Eisenbasislegierung mit weniger als 2,06% Kohlenstoff - Nur der kleinste Teil von ca. 2500 verschiedenen Sorten ist schweißbar
Beeinflussung des Werkstoffs durch die Schweißwärme
-
Flüssiggewesener Teil (Schweißgut) erstarrt in einem Gussgefüge -> Gefüge stellt sich abhängig der Abkühlkurven und der chemischen Zusammensetzung ein
-> Beides kann über Schweißparameter und die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffes beeinflusst werden - Ab der Schmelzlinie in Richtung Grundwerkstoff (WEZ) kann die chemische Zusammensetzung nicht mehr beeinflusst werden
- Das Gefüge entsteht in Abhängigkeit von Spitzentemperatur und Abkühlbedingungen (die auch materialabhängig sind).
-> Werkstoff schweißgeeignet, wenn dabei ohne besondere zusätzliche Maßnahmen brauchbare (den Anforderungen entsprechende) mechanisch technologische Werte heraus kommen
-> Durch die Wärmebehandlung (und die damit verbundene Gefügeveränderung) entsteht in den meisten Fällen eine unerwünschte Veränderung der Härte des Grundgefüges, was zwar zur Steigerung der Festigkeit führt aber bei Überschreiten eines kritischen Härtewertes auch zu einer starken Verringerung von Bruchdehnung und Zähigkeit führt. -> Insbesondere Letzteres führt aufgrund des reduzierten Verformungsvermögens zu metallurgischer Kerbwirkung.
ZTU-Diagramme
Verdeutlicht den Weg der Gefügeveränderungen bei der Abkühlung –> Je flacher die Abkühlkurven sind, umso geringer die resultierenden Härten
- Kontinuierliches ZTU-Schaubild
- Isothermes ZTU-Schaubild
- Schweiß-ZTU-Schaubild
-> Minimale Abkühlzeit/Max. Temperaturgradient wird durch die zulässige max. Härte begrenzt (Je Werkstoff lässt sich ein Abkühlbereich festlegen)
Kontinuierliches ZTU-Schaubild
Gefügeausbildung als Folge einer kontinuierlichen Abkühlung von einer Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur bis RT
Isothermes ZTU-Schaubild
- Abschreckung der Probe auf die zu betrachtende Temperatur und anschließend dort halten
- Bestimmt die Gefügeentwicklung in Abhängigkeit von der Zeit
