4.3.1 Einführung, Allgemeines - Herbert Schneider …

1 Schwei verbindungen Einf hrung, Allgemeines Nach ISO 857-1 wird unter Schwei en die Vereinigung von Grundwerkstoffen unter - Anwendung von W rme - mit oder ohne Druck - mit oder ohne Schwei zusatzwerkstoff verstanden. Durch die Vereinigung ergibt sich ein kontinuierlicher innerer Aufbau der verbundenen Metalle. Das Ergebnis des Schwei ens ist die Schwei naht. Schwei verbindungen k nnen somit eine ideale Verbindung von Stahlbauteilen sein, da die Kr fte unmittelbar, das hei t ohne weitere Sto bauteile, bertragen werden. Mit Schwei verbindungen kann man kraftflussgerecht konstruieren.

2 Bild : Schwei verbindungen Nachteile des Schwei ens k nnen sein: - nderungen des Gef ges infolge der W rmeeinwirkung und Gasaufnahme bei hoher Temperatur - Eigenspannungen infolge verhinderter Schrumpfung - Schwei verformungen infolge m glicher Schrumpfung. F r den Stahlbau ist das Schmelzschwei en das wichtigste Schwei verfahren. Beim Schmelzschwei en wird durch W rme des Lichtbogens das Grundmaterial der miteinander zu verbindenden Stahlteile rtlich begrenzt aufgeschmolzen. Die Stahlbauteile werden dann durch ebenfalls aufgeschmolzene Zusatzwerkstoffe miteinander verbunden.

3 Weitere im Stahlbau angewandte Verfahren ohne die Zuf hrung von Zusatzwerkstoffen mit Anwendung von Druck sind - das Pressschwei en und - das Reibschwei en. Tabelle : Geschichtliche Entwicklung des Schwei ens 1821 Entdeckung des Lichtbogens und der M glichkeit der Anwendung als konzentrierte W rmequelle mit hoher Ausbeutem glichkeit und Temperaturen bis 5000 C 1890 Idee: Zusatzwerkstoff als Lichtbogentr ger zu nutzen Schwei draht wird zur Elektrode 1908 Patent f r Umh llung der Elektrode 1924 erste Schwei automaten 1929 erste geschwei te Fachwerkstra enbr cke, 27 m Spannweite, Polen 1930 erste geschwei te Vollwandtr ger-Eisenbahnbr cke, 10m Spannweite, Deutschland 1935 Autobahnbr cke ber den Lech, 94 m Spannweite 1935/36 Schadensf lle an der Zoobr cke in Berlin und der Autobahnbr cke R dersdorf bei Berlin durch Spr dbr che dicker Lamellen der Haupttr ger aus dem damaligen St 52 1938 Serie von Einst rzen belgischer, bogenf rmiger.

4 Vierendeelartiger Kanalbr cken 1943-46 Schadensf lle an Liberty-Schiffen 1970 erste vollgeschwei te Stra enbr cke ber den Rhein 1990 thermomechanisch TM-gewalzte St hle Bild : Spr dbr che dicker Lamellen der Haupttr ger Bild : Spr dbruch eines Liberty-Schiffes Die heutige Bedeutung der Schwei verbindungen ist au er durch die beste M glichkeit des kraftflussgerechten Konstruierens gegeben durch - im allgemeinen wirtschaftlichste bertragung von Kr ften bei der Herstellung der Verbindung in der Werkstatt, oft auch auf der Baustelle - Vermeiden von Querschnittsschw chungen durch Schraubenl cher - Gestaltung von Konstruktionen geringerer Korrosionsanf lligkeit.

5 Die sichere Verwendung von Schwei konstruktionen setzt voraus - im allgemeinen h here Anspr che an die Qualit t des Werkstoffes als bei geschraubten Verbindungen - h here Anforderungen an Ausr stung und Qualit t des Personals der Stahlbaubetriebe (Schwei erpr fung, Schwei fachingenieur) - Ber cksichtigung der unvermeidbaren Kerben bei nicht vorwiegend ruhender Belastung. Die Begriffe Schwei eignung, Schwei sicherheit und Schwei barkeit sind wie folgt festgelegt. Schwei eignung Schwei eignung ist eine Frage des Werkstoffes. Gusseisen ist z. B. nicht oder kaum schwei geeignet. Bei Stahl bestimmen u.

6 A. die Schwei eignung - die chemische Analyse - Stahlg tegruppe (festgelegt vorwiegend nach Kerbschlagz higkeit) - Anlieferungszustand (kaltverformt) - Werkstofffehler (Seigerungen). Schwei sicherheit Die Schwei sicherheit ist von der Art der Konstruktion abh ngig und wird beeinflusst durch - die Art der Konstruktion: Blechdicke, Lage der N hte, Fugenform, Nahtaufbau - die Art der Herstellung: Schwei verfahren, Zusatzwerkstoff, Vorw rmen, Schwei folge, Nachbehandlung - die Beanspruchung der Konstruktion: ruhend, schwingend, schlagartig, - die Richtung der Beanspruchung zur Walzrichtung und zur Richtung von N hten - die Temperaturbedingungen bei der Herstellung und dem Einsatz der Konstruktion.

7 Schwei barkeit Die Schwei barkeit ist gegeben, wenn schwei geeignete Werkstoffe schwei sicher verarbeitet und eingesetzt werden k nnen. Darstellung von Schwei n hten Regelungen zur Darstellung sowie Symbole f r Schwei verbindungen sind der DIN EN 22553 zu entnehmen. Tabelle : Grundsymbole von Schwei n hten nach DIN EN 22553 Tabelle : Zusatzsymbole Tabelle : Erg nzungssymbole Tabelle : Kombination der Symbole Schwei verfahren Bei stahlbautypischen Lichtbogenschwei verfahren wird unterschieden, ob der Lichtbogen - sichtbar (offen) - unter Pulver oder - unter Schutzgas verdeckt ist. Pulver und Schutzgas behindern den freien Zutritt der Atmosph re zum Schmelzbad und damit dessen Beeinflussung durch Aufnahme von Gasen.

8 Beim offenen Lichtbogen wird dies durch Aufschmelzen und Vergasen der daf r auf der Elektrode aufgebrachten Umh llung erreicht. Sie wurde allerdings zun chst eingef hrt, um den Lichtbogen gegen ber seinem Verhalten bei zun chst ohne Umh llung verwendeten Elektroden zu stabilisieren. Handschwei en mit offenem Lichtbogen Das Prinzip der Herstellung einer Schwei naht durch Handschwei en ist im folgenden Bild dargestellt. Im Detail werden die Verh ltnisse im Bereich des Lichtbogens genauer gezeigt. Stahlkern und Umh llung der Stabelektrode gehen durch die W rme des Lichtbogens in Schmelze und Gas ber.

9 Gleichzeitig wird ein Teil des Grundmaterials aufgeschmolzen. Die abgek hlte Stahlschmelze wird zur Schwei naht, die abgek hlte Schmelze der Umh llung zur Schlacke. Bild : Prinzip der Handschwei ung mit Stabelektrode Bild : Entstehen der Schwei naht Nachfolgend wird der Aufbau einer Stumpfnaht gezeigt. Bei gr eren Blechdicken muss die Verbindung in mehreren Lagen hergestellt werden. Bild : Lagenaufbau bei Schwei n hten Tabelle : Vor- und Nachteile des Handschwei ens mit offenem Lichtbogen Vorteile Nachteile breites Anwendungsgebiet durch beliebige Schwei position jeweils neues Ansetzen bei Wechsel der Elektroden (Kerben, Aufh rtungen) geringe Einrichtungskosten geringe Leistungsf higkeit (Erzeugung Schwei gut je Zeiteinheit)

10 Hohe Abh ngigkeit vom Schwei er Unterpulverschwei en mit verdecktem Lichtbogen Vor der momentanen Schwei stelle wird mit einer automatischen Anlage Pulver, das bei Erhitzung schlackenbildend ist, gestreut. Eine nackte Drahtelektrode schmilzt am Lichtbogen ab und wird automatisch nachgef hrt. Hinter der momentanen Schwei stelle wird das nicht verbrauchte Pulver automatisch angesaugt und dem Proze wieder zugef hrt. Bild : Unterpulverschwei en Tabelle : Vor- und Nachteile des Unterpulverschwei ens Vorteile Nachteile tiefer Einbrand nur Wannenlage oder horizontale N hte sichere Erfassung des Wurzelbereiches gr ere Investitionskosten hohe Leistung durch Anordnung mehrerer Elektroden hintereinander zur Erzeugung mehrerer Lagen Schutzgasschwei en Das Schwei bad wird durch das Schutzgas vor dem Zutritt der Luft gesch tzt.