Gas Lichtbogenhandschweißen

Schweißen ist eine Herstellung oder skulpturalen Prozess tritt in der Regel, dass Materialien, Metalle oder Kunststoffe , verursacht durch Koaleszenz . Dies wird oft durch getan Schmelzen der Werkstücke und das Hinzufügen eines Füllmaterials mit der Form zu einem Pool von geschmolzenem Material (das Schmelzbad), dass kühlt stark, um zu einem gemeinsamen, Druck manchmal verwendet in Verbindung Hitze oder durch sich selbst, zu schweißen produzieren . Dies steht im Gegensatz mit Löten und Hartlöten , die sie beinhalten einen niedrigeren Schmelzpunkt-Schmelzpunkt Material zwischen die Werkstücke zwischen einer Anleihe zu bilden, ohne zu schmelzen die Werkstücke.

Viele verschiedene Energiequellen können für Schweißen verwendet werden, einschließlich einer Gas Flamme , ein Lichtbogen , ein Laser , ein Elektronenstrahl , Reibung und Ultraschall . Während oft einen industriellen Prozess, können verschiedene Umgebungen Schweißen getan werden in vielen, auch im Freien, unter Wasser und im Weltraum . Unabhängig von Standort, aber Schweißen bleibt gefährlich und Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um Verbrennungen zu vermeiden Stromschlag , Augenschäden, giftige Dämpfe und übermäßige UV-Licht .

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts, das einzige Schweißprozess wurde schmieden Schweißen , Schmieden, die Jahrhunderte lang benutzt hatte, um. beizutreten Eisen und Stahl durch Erhitzen und Hämmern ihnen Lichtbogenschweißen und Autogen-Schweißen gehörten zu den ersten Prozessen zu entwickeln, spät im Jahrhundert, und Widerstandsschweißen folgten bald nach. Welding-Technologie Advanced schnell während des frühen 20. Jahrhunderts wie dem Ersten Weltkrieg und dem Zweiten Weltkrieg trieben die Nachfrage nach zuverlässigen und kostengünstigen Fügeverfahren. Nach dem Kriege, moderne Schweißverfahren entwickelt wurden mehrere, einschließlich der manuellen Methoden wie abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen , heute eines der beliebtesten Schweißverfahren, sowie halbautomatische und automatische Prozesse, wie Gas-Metall-Lichtbogenschweißen , Unterpulverschweißen , flux Fülldraht-Schweißen und Schweißen Elektroschlacke . Entwicklungen weiterhin mit der Erfindung des Laserstrahlschweißen und Elektronenstrahl-Schweißen in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts. Heute geht die Wissenschaft auf. Voraus Roboterschweissen immer üblicher wird in industriellen Umgebungen und Forscher weiterhin neue Methoden zu entwickeln, Schweißen und gewinnen ein besseres Verständnis der Schweißnaht Qualität und Eigenschaften.

Geschichte

Die eiserne Säule von Delhi

Die Geschichte von Fügen von Metallen geht mehrere Jahrtausende zurück, mit der frühesten Beispiele für Schweißen aus der Bronzezeit und der Eisenzeit in Europa und dem Nahen Osten . Das Schweißen der verwendet wurde beim Bau eisernen Säule in Delhi , Indien , ca. 310 n. Chr. errichtet und mit einem Gewicht von 5,4 Tonnen . ^[1]

Das Mittelalter brachte Fortschritte in der Schmiede von Schweißen , Schmieden, in denen aufgetreten schlug erhitzte Metall wiederholt, bis Bindung. Welding, however, was transformed during the 19th century. Im Jahr 1540, Vannoccio Biringuccio veröffentlichte De la Pirotechnia , welche Operation beinhaltet Beschreibungen der Schmiede. Renaissance Handwerker waren in den Prozess qualifizierte, und die Branche weiterhin wachsen Jahrhunderten in den folgenden. ^[2] Welding, war jedoch Jahrhunderts verwandelte während des 19. . and subsequently proposed its possible practical applications, including welding. Im Jahre 1802, russische Wissenschaftler Vasily Petrov entdeckt Lichtbogen ^[3] und anschließend vor ihrer möglichen praktischen Anwendungen, wie Schweißen. In 1881 bis 1882 ein russischer Erfinder Nikolai Benardos schuf das erste Lichtbogenschweißen Methode bekannt als Kohlenstoff-Lichtbogenschweißen mit Kohleelektroden. Die Fortschritte in der Lichtbogenschweißen durch die Fortsetzung mit der Erfindung der Metall-Elektroden in den späten 1800ern ein Russe, Nikolai Slavyanov (1888), und ein Amerikaner, CL Coffin (1890). Um 1900, AP Strohmenger freigegeben einer beschichteten Metall-Elektrode in Großbritannien , die die ARC hat ein stabileres. Im Jahr 1905 russischen Wissenschaftlers Wladimir Mitkevich schlug die Verwendung von Drehstrom-Lichtbogen für das Schweißen. Im Jahr 1919 Wechselstrom erfunden wurde Schweißen von CJ Holslag aber nicht geworden Jahrzehnt populär für einen anderen. ^[4]

At first, oxyfuel welding was one of the more popular welding methods due to its portability and relatively low cost. Widerstandsschweißen war auch Jahrhunderts entwickelte sich in den letzten Jahrzehnten des 19. mit dem ersten Patente werde Elihu Thomson im Jahre 1885, der Jahre produzierte weitere Fortschritte in den nächsten 15. Thermit-Schweißen wurde 1893 erfunden, und um diese Zeit einen anderen Prozess, Oxyfuel Schweißen , wurde etabliert. Acetylen wurde im Jahre 1836 entdeckte Edmund Davy , aber seine Verwendung war nicht Schweißen in der Praxis bis etwa 1900, als ein geeignetes Lötlampe entwickelt wurde. ^[5] Auf den ersten, Autogen-Schweißen war einer der beliebtesten Schweißverfahren aufgrund seiner Portabilität und relativ niedrigen Kosten. Als im 20. Jahrhundert fortschritt, fiel er jedoch in Ungnade für industrielle Anwendungen. Es wurde weitgehend ersetzt Schweißen mit Lichtbogen, als Metall-Beläge (auch bekannt als Flussmittel ) für die Elektrode, die den Lichtbogen zu stabilisieren und Schild das Grundmaterial von Verunreinigungen weiter entwickelt werden. ^[6]

Weltkrieg verursachte einen großen Anstieg in der Nutzung von Schweißverfahren, mit den verschiedenen militärischen Kräfte versuchen zu bestimmen, welche der vielen neuen Schweißverfahren am besten wäre. Die Briten in erster Linie verwendet Lichtbogenschweißen, auch den Bau eines Schiffes, das Fulagar , mit einem völlig geschweißte Rumpf. Also noteworthy is the first welded road bridge in the world, designed by Stefan Bryła of the Warsaw University of Technology in 1927, and built across the river Słudwia Maurzyce near Łowicz, Poland in 1929. ^{[ 8 ]} Lichtbogenschweißeinrichtungen wurde erstmals Krieg des Luftfahrzeugs während des, wie es auch einige deutsche Flugzeug Rümpfe gebaut wurden mithilfe des Prozesses. ^[7] Bemerkenswert ist auch die erste geschweißte Straße Brücke der Welt, entworfen von Stefan Bryla der Warschauer Universität für Technologie in 1927 und über den Fluss gebaut Słudwia Maurzyce Nähe Łowicz, Polen im Jahre 1929. ^[8]

In den 1920er Jahren große Fortschritte gemacht wurden Schweißtechnik in, einschließlich der Einführung der automatischen Schweißen im Jahr 1920, in denen Drahtelektrode wurde kontinuierlich zugeführt. Schutzgas wurde ein Thema viel Aufmerksamkeit erhalten, als Wissenschaftler versucht, zu schützen und Schweißnähte von den Auswirkungen von Sauerstoff Stickstoff in der Atmosphäre. During the following decade, further advances allowed for the welding of reactive metals like aluminum and magnesium . Porosität und Sprödigkeit waren die primären Probleme und die Lösungen, die der Einsatz entwickelt inklusive der Wasserstoff , Argon und Helium als Schweiß-Atmosphären. ^[9] In den folgenden zehn Jahren weitere Fortschritte wie erlaubt für das Schweißen von reaktiven Metallen Aluminium und Magnesium . Dies in Verbindung mit den Entwicklungen in der automatischen Schweißen, Wechselstrom, und Flüsse gespeist eine bedeutende Erweiterung Lichtbogenschweißen in den 1930er Jahren und dann während des Zweiten Weltkriegs . ^[10]

In der Mitte des Jahrhunderts wurden viele neue Schweißverfahren erfunden. 1930 erschien das Bolzenschweißen , die bald populär und Konstruktion im Schiffbau. Unterpulverschweißen erfunden wurde im selben Jahr und weiterhin werden heute populär. In 1932 wurde ein russisch, Konstantin Khrenov vollzog erfolgreich den ersten Unterwasser-Lichtbogen-Schweißen. Wolfram-Gas-Schweißen , nach Jahrzehnten der Entwicklung, wurde schließlich 1941 in perfektioniert und Gas Lichtbogenhandschweißen 1948 folgte, was eine schnelle Schweißen von Nicht- Eisen- Werkstoffen aber aufwändige Schutzgase. Shielded Lichtbogenhandschweißen 1950er Jahren entwickelt wurde während der mit einem flußmittelumhüllt Elektrode, und es wurde schnell zur beliebtesten Lichtbogenhandschweißen Prozess. In 1953 the Soviet scientist NF Kazakov proposed the diffusion bonding method. ^{[ 12 ]} Im Jahr 1957, die Flussmittelkern Lichtbogenschweißen debütierte Prozess, in dem das Selbst-geschirmt Drahtelektrode automatische Anlagen mit genutzt werden könnte, was zu stark erhöht Schweißgeschwindigkeit, und im selben Jahr, Plasmaschweißen erfunden wurde. Elektroschlacke Schweißen eingeführt wurde, in 1958, und es war, gefolgt von ihrer Cousine Elektrogasherde Schweißen , im Jahr 1961. ^[11] Im Jahre 1953 dem sowjetischen Physiker NF Kazakov schlug die Diffusionsschweißen Methode. ^[12]

Andere neuere Entwicklungen in der Schweißtechnik sind mit dem 1958 der Durchbruch Elektronenstrahlschweißen , was tief und schmal Schweißen möglich durch die konzentrierte Wärmequelle. Nach der Erfindung des Lasers im Jahr 1960, Laserstrahlschweißen debütierte mehrere Jahrzehnte später, und erwies sich als besonders nützlich in High-Speed, automatisiertes Schweißen. Beide Prozesse, jedoch weiterhin Geräte sehr teuer wegen der hohen Kosten für die notwendige, und dies hat ihren Anwendungen begrenzt. ^[13]

Prozesse

Bogen

Diese Prozesse verwenden eine Schweiß-Stromversorgung zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und dem Grundwerkstoff zu Punkt schmelzen Metalle an der Schweißstelle. Sie können entweder direkt (DC) oder Wechselstrom (AC) Strom und Verbrauchsmaterial oder nicht verbrauchbare Elektroden . Das Schweißen Region wird manchmal geschützt durch irgendeine Art von inerten oder semi Inertgas , ein bekannter als Schutzgas und Füllmaterial verwendet wird manchmal auch.

Netzteile

Zur Versorgung der elektrischen Energie, die notwendig für Lichtbogen-Schweißverfahren, eine Reihe von unterschiedlichen Versorgungen verwendet werden kann. Die meisten gängigen Schweißverfahren Netzteile sind konstant aktuelle Netzteile und konstante Spannung Netzteile. In Lichtbogenschweißen, ist die Länge des Bogens direkt mit der Spannung verbunden, und die Menge von Hitze-Eingang auf den aktuellen Zusammenhang. Konstantstrom-Netzteile sind meistens für das manuelle Schweißen Prozesse wie Gas-Wolfram-Schutzgas-Schweißen und abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen, weil sie ein relativ konstanter Strom auch die Spannung variiert. Dies liegt daran, im manuellen Schweißen wichtig ist, kann es schwierig sein, die Elektrode vollkommen ruhig zu halten, und als Folge, die Bogenlänge und damit tendenziell Spannung schwanken. Constant Voltage Power Supplies halten Sie die Spannung konstant und variieren die aktuelle, und als Ergebnis werden oft benutzt, für den automatisierten Schweißprozess wie Gas Lichtbogenhandschweißen, Pulverdraht Lichtbogenschweißen und Unterpulverschweißen. In diesen Prozessen, Bogenlänge konstant gehalten wird, da jede Schwankung in der Abstand zwischen den Drähten und dem Basismaterial wird schnell durch eine große Veränderung in der aktuellen behoben. Zum Beispiel, wenn der Draht und das Grundmaterial zu nahe zu kommen, wird der Strom rasch zunehmen, was wiederum bewirkt, dass die Hitze zu erhöhen und die Spitze des Drahtes zu schmelzen, wieder zu seiner ursprünglichen Abstand. ^[14]

Die Art der verwendeten Stromstärke in Lichtbogenschweißen spielt auch eine wichtige Rolle in der Schweißtechnik. Abschmelzelektrodenvolumen Prozesse wie abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen und Gas Lichtbogenhandschweißen Regel verwenden Gleichstrom, sondern die Elektrode kann entweder positiv oder negativ geladen werden. In Schweiß, der positiv geladenen Anode wird die Konzentration haben eine größere Hitze, und als Ergebnis, Veränderung der Polarität der Elektrode hat einen Einfluss auf Schweißnaht Eigenschaften. Wenn der positiv geladenen Elektrode, wird die unedlen Metallen heißer werden, wodurch Einbrand und Schweißgeschwindigkeit. Nonconsumable electrode processes, such as gas tungsten arc welding, can use either type of direct current, as well as alternating current. Alternativ kann eine negativ geladene Elektrode in flacheren Ergebnisse Schweißnähte., ^[15] Nonconsumable Elektrode Prozesse, wie zB Gas-Wolfram-Schutzgasschweißen, können Sie entweder Typ Gleichstrom als auch Wechselstrom. Alternating current rapidly moves between these two, resulting in medium-penetration welds. Jedoch mit Gleichstrom, weil die Elektrode nur schafft den Bogen und bietet keinen Füllstoff, einer positiv geladenen Elektrode Ursachen flachen Nähte, während eine negativ geladene Elektrode ermöglicht tiefere Schweißnähte. ^[16] Wechselstrom schnell bewegt sich zwischen diesen beiden, die sich in mittel-Durchdringungsschweißnähte. Ein Nachteil der AC, die Tatsache, dass der Bogen muss neu gezündet-a nach jedem Nulldurchgang, daß produzieren angesprochen wurde mit der Erfindung der Spezialeinheiten Macht Rechtecksignal Muster anstelle des normalen Sinus , rasche Nulldurchgänge möglich und minimieren die Auswirkungen des Problems. ^[17]

Prozesse

Eine der häufigsten Arten von Lichtbogenschweißen Schutzgasschweißen Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW), die Schweiß-Stick ist auch bekannt als Lichtbogenhandschweißen (MMA) oder. Elektrischer Strom wird verwendet, um einen Streik ein Lichtbogen zwischen dem Grundwerkstoff und Abschmelzelektrode Stab, der aus dem Stahl und ist mit abgedeckt ist flux diesem Bereich schützt die Schweißnaht aus Oxidation und Kontamination durch die Herstellung der CO _2- Gas während des Schweißens. Die Elektrode Kern selbst fungiert als Füllmaterial, so dass eine separate Füller überflüssig.

Abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen

An operator can become reasonably proficient with a modest amount of training and can achieve mastery with experience. Das Verfahren ist vielseitig und kann Ausrüstung kostengünstig durchgeführt werden, mit relativ, so dass es gut geeignet, um Arbeitsplätze und Werkstatt Bereich. ^[18] Ein Bediener kann sich einigermaßen beherrschen mit einem bescheidenen Betrag von Ausbildung und Erfahrung kann mit Meisterschaft zu erreichen. Furthermore, the process is generally limited to welding ferrous materials, though special electrodes have made possible the welding of cast iron , nickel , aluminum , copper , and other metals. Weld Zeiten sind ziemlich langsam, da der verbrauchenden Elektroden häufig ersetzt werden müssen und weil Schlacke, der Rückstand aus dem Fluss, muss nach dem Schweißen werden gesäumt entfernt. ^[19] Darüber hinaus ist der Prozess in der Regel Materialien beschränkt Schweißen Eisen, obwohl spezielle Elektroden haben ermöglicht das Schweißen von Gusseisen , Nickel , Aluminium , Kupfer und anderen Metallen. Unerfahrene Betreiber finden es schwierig, eine gute "out-of-position Schweißnähte mit diesem Prozess leisten.

Gas Lichtbogenhandschweißen (MAG), auch bekannt als Schweißen Metall-Inert-Gas-oder MIG ist eine halbautomatische oder automatische Prozess, Futtermittel verwendet einen kontinuierlichen Draht als Elektrode und einer inerten oder semi-Edelgas-Gemisch, um eine Kontamination zu schützen die Schweißnaht aus . Wie bei SMAW, angemessenen Befähigungsüberprüfung kann mit bescheidenen Ausbildung erreicht werden. Da die Elektroden kontinuierlich ist, sind Geschwindigkeiten von mehr für Schweißen MAG als für SMAW. Auch die kleineren Bogen der Größe im Vergleich zu abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen Prozess erleichtert) machen out-of-Position Schweißnähte (zB Overhead-Gelenke, als wäre unter Schweißkonstruktion.

Die erforderliche Ausrüstung, um den Prozess auszuführen GMAW ist komplizierter und teurer als die für SMAW und erfordert ein komplexeres Setup-Prozedur. Daher ist GMAW weniger portabel und vielseitig, und durch die Verwendung eines separaten Schutzgas, ist nicht besonders geeignet für Arbeiten im Freien. Jedoch wegen der höheren durchschnittlichen Rate, mit der Schweißnähte abgeschlossen werden kann, ist auch die Produktion GMAW Schweißen geeignet. Der Prozess kann Eisen-Anwendung auf eine Vielzahl von Metallen, sowohl Eisen-und Nichteisenmetallen. ^[20]

Ein verwandtes Verfahren, Flussmittelkern Lichtbogenschweißen FCAW), verwendet (ähnliche Geräte nutzt aber wire, bestehend aus einer Stahl-Elektrode umgebende Material ein Pulver zu füllen. Dieser Fülldraht ist teurer als die Standard-Massivdraht und kann zu generieren und Rauch / oder Schlacke, aber es erlaubt noch höhere Geschwindigkeit und größere Schweißen Metall-Penetration. ^[21]

Gas Wolfram-Schutzgasschweißen (WIG) oder Wolfram-Inertgas (TIG)-Schweißen (manchmal auch fälschlich als nach heliarc Schweißen), ist ein manueller Prozess, der Schweiß nonconsumable verwendet eine Wolfram- Elektrode, einer inerten oder semi-Edelgas-Gemisch, und eine separate Füllmaterial. Besonders nützlich für das Schweißen von dünnen Materialien ist diese Methode durch einen stabilen Lichtbogen und Schweißnähte von hoher Qualität geprägt, aber es erfordert erhebliche Betreiber Geschick und kann nur bei vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten erreicht werden.

WIG schweißbaren Metalle können verwendet werden, auf fast alle, obwohl es oft am meisten angewendet, um aus rostfreiem Stahl und Leichtmetallen. A related process, plasma arc welding , also uses a tungsten electrode but uses plasma gas to make the arc. Es wird oft verwendet, wenn die Qualität Schweißnähten, sind äußerst wichtig, wie im Fahrrad- , Flugzeug-und Marine-Anwendungen. ^[22] Eine verwandte Verfahren, Plasmaschweißen , ebenfalls mit einer Wolfram-Elektrode verwendet aber Plasmagas zu Bogen machen. Der Bogen ist mehr als die GTAW arc konzentriert, so dass Quer-Steuerung kritischer und daher in der Regel die Einschränkung der Technik, um eine mechanisierte Prozess. Aufgrund seiner stabilen Strom, die Methode auf eine breitere Palette von Materialstärken, als sich die WIG-Prozess verwendet werden können, und außerdem ist es viel schneller. Es kann außer GTAW angewandt werden, um alle die gleichen Materialien wie Magnesium und automatisiertes Schweißen von Edelstahl ist eine wichtige Anwendung des Verfahrens. Eine Variante des Verfahrens ist Plasmaschneiden , eine effiziente Stahlerzeugung Schneiden. ^[23]

Unterpulverschweißen (SAW) ist ein hoher Produktivität Schweißverfahren, bei dem der Bogen des Flusses angeschlagen wird unter einer Deckschicht. Dies erhöht die Qualität arc, da Verunreinigungen in der Atmosphäre werden durch den Fluss blockiert. Die Schlacke, die Formulare auf der Schweißnaht in der Regel löst sich von selbst, und kombiniert mit der Anwendung einer kontinuierlichen Drahtvorschub, ist die Schweißnaht Abscheiderate hoch. Die Arbeitsbedingungen sind sehr viel über andere Lichtbogen-Schweißverfahren verbessert, da der Fluss Häuten der Lichtbogen und fast kein Rauch erzeugt wird. Other arc welding processes include atomic hydrogen welding , carbon arc welding , electroslag welding , electrogas welding , and stud arc welding . Der Prozess wird allgemein in der Industrie eingesetzt, insbesondere für große Produkte und bei der Herstellung von geschweißten Druckbehältern. ^[24] Andere Lichtbogen-Schweißverfahren gehören atomarem Wasserstoff-Schweißen , Lichtbogenschweißen Kohlenstoff- , Elektro-Schweißen , Elektrogasherde Schweißen und Schweißen stud .

Gas-Schweißen ein Stahl Anker mit dem Sauerstoff-Acetylen-Prozess.

Gas

Die häufigsten Gasschweißen Prozess ist Oxyfuel-Schweißen , auch bekannt als Autogen-Schweißen. Es ist eines der ältesten und vielseitigsten Schweißverfahren, aber in den letzten Jahren hat es sich weniger beliebt in industriellen Anwendungen. Es ist immer noch weit verbreitet für das Schweißen von Rohren und Röhren, sowie Reparaturarbeiten eingesetzt. Es ist auch oft gut geeignet, und begünstigt, zur Herstellung bestimmter Arten von Metall-basierte Grafik. Oxyfuel-Anlagen ist vielseitig, nicht nur weil es für einige Arten aus Eisen oder Stahl-Schweißen wird bevorzugt, sondern auch weil sie selbst verleiht Löten, Hartlöten Schweiß-, Metall-Heizung (für Biegen und Umformen), die Lockerung der korrodierte Schrauben und Muttern, und auch ist die übliche Art und Weise für Autogenschneiden von Metallen.

Die Ausrüstung ist relativ kostengünstig und einfach, in der Regel beschäftigen die Verbrennung von Acetylen in Sauerstoff zu produzieren C. Schweißen Flammentemperatur von etwa 3100 ° Die Flamme, denn es ist weniger als ein Lichtbogen konzentriert, Ursachen langsamer Kühlung der Schweißnaht, was zu einer größeren Rest führen können Spannungen und Verzerrungen schweißen, obwohl es das Schweißen von hochlegierten Stählen erleichtert. Other gas welding methods, such as air acetylene welding , oxygen hydrogen welding , and pressure gas welding are quite similar, generally differing only in the type of gases used. Ein ähnliches Verfahren, allgemein als Autogenschneiden, wird verwendet, um Metalle geschnitten. ^[6] Andere Gasschweißen Methoden, wie Luft-Acetylen-Schweißen , Sauerstoff Wasserstoff-Schweißen und Gasschweißen Druck sind ziemlich ähnlich, in der Regel unterscheiden sich nur in der Art der verwendeten Gase . Ein Wasser-Fackel ist manchmal Schmuck verwendet für Präzisions-Schweißen von kleinen Gegenständen wie. Gas-Schweißen wird auch in Kunststoff-Schweißtechnik , obwohl die Substanz erhitzt wird die Luft, und die Temperaturen sind viel niedriger.

Widerstand

Widerstandsschweißen umfasst die Erzeugung von Wärme, indem Strom durch den Widerstand Oberflächen verursacht durch den Kontakt zwischen zwei oder mehr Metall. Kleine Pfützen geschmolzenen Metall gebildet sind als im Nahtbereich hohen Strom (1000-100,000 A ) ist aus Metall ging durch die. Im Allgemeinen sind Widerstandsschweißen Methoden effizient und zu geringen Umweltbelastungen, aber ihre Anwendungen sind eher begrenzt und die Ausrüstung Kosten können hoch sein.

Punktschweißgerät

Punktschweißen ist eine beliebte Methode, Widerstandsschweißen beitreten überlappende Bleche von bis zu 3 mm dick. Zwei Elektroden werden gleichzeitig genutzt, um die Bleche zusammen Klemme und Strom durch den Bogen gehen. Die Vorteile der Methode sind eine effiziente Energienutzung , Werkstück begrenzte Verformung, hohe Produktivität, einfache Automatisierung und keine Füllmaterialien benötigt. Weld Stärke ist deutlich geringer als bei anderen Schweißverfahren, wodurch der Prozess geeignet nur für bestimmte Anwendungen. Es Gebrauchtwagen wird weitgehend in der Automobilindustrie-gewöhnlichen Ort und Stelle kann mehrere tausend Schweißnähte von Industrierobotern . Ein spezielles Verfahren, genannt Schweißen erschossen , können verwendet werden, um Schweißpunkt Edelstahl .

Wie Punktschweißen, Nahtschweissen beruft sich auf zwei Elektroden zu Platten gelten Druck und Strom Metall zu verbinden. Doch statt spitzen Elektroden, Roll-Rad-förmigen Elektroden entlang und oft Feeds des Werkstücks, die es ermöglichen, lange durchgehende Schweißnähte machen. In der Vergangenheit war dieser Prozess bei der Herstellung von Getränkedosen verwendet, aber jetzt ihre Verwendungen sind eher begrenzt. Andere Methoden beinhalten Widerstandsschweißen Abbrennstumpfschweißen , Buckelschweißen und verärgert Schweißen . ^[25]

Energiestrahl

Energy Strahlschweißen Methoden, nämlich Laserstrahlschweißen und Elektronenstrahl-Schweißen , sind relativ neue Prozesse, Anwendungen sind inzwischen recht populär in hohen Produktionskosten. Die beiden Prozesse sind ziemlich ähnlich, unterscheiden vor allem in ihrer Quelle der Macht. Laserstrahlschweißen beschäftigt einem stark fokussierten Laserstrahl, während Elektronenstrahlschweißen im Vakuum durchgeführt wird und verwendet einen Elektronenstrahl. Beide haben eine sehr hohe Energiedichte, so dass tiefe Einbrand möglich und die Minimierung der Größe der Schweißnaht Bereich. Beide Prozesse sind extrem schnell und sind leicht automatisiert werden, wodurch sie sehr produktiv. Die primären Nachteile sind ihre sehr hohen Kosten für Geräte (auch wenn diese kleiner werden) und eine Anfälligkeit für thermische Cracken. Developments in this area include laser-hybrid welding , which uses principles from both laser beam welding and arc welding for even better weld properties, and X-ray welding . ^{[ 26 ]}

Solid-State-

Like the first welding process, forge welding , some modern welding methods do not involve the melting of the materials being joined. One of the most popular, ultrasonic welding , is used to connect thin sheets or wires made of metal or thermoplastic by vibrating them at high frequency and under high pressure. The equipment and methods involved are similar to that of resistance welding, but instead of electric current, vibration provides energy input. Welding metals with this process does not involve melting the materials; instead, the weld is formed by introducing mechanical vibrations horizontally under pressure. When welding plastics, the materials should have similar melting temperatures, and the vibrations are introduced vertically. Ultrasonic welding is commonly used for making electrical connections out of aluminum or copper, and it is also a very common polymer welding process.

Another common process, explosion welding , involves the joining of materials by pushing them together under extremely high pressure. The energy from the impact plasticizes the materials, forming a weld, even though only a limited amount of heat is generated. Der Prozess wird im Allgemeinen zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffe, wie zB das Schweißen von Aluminium mit Stahl in Schiffsrümpfen oder Compound-Platten verwendet. Other solid-state welding processes include co-extrusion welding , cold welding , diffusion welding , exothermic welding , friction welding (including friction stir welding ), high frequency welding , hot pressure welding , induction welding , and roll welding . ^{[ 27 ]}

Geometry

Gemeinsame Schweißnaht Typen - (1) Square Stoßfuge (2) V Stoßfuge (3), Lap Joint, (4) T-Stoß

Schweißnähte können geometrisch auf viele verschiedene Arten zubereitet werden. The five basic types of weld joints are the butt joint, lap joint, corner joint, edge joint, and T-joint (a variant of this last is the cruciform joint ). Other variations exist as well—for example, double-V preparation joints are characterized by the two pieces of material each tapering to a single center point at one-half their height. Single-U and double-U preparation joints are also fairly common—instead of having straight edges like the single-V and double-V preparation joints, they are curved, forming the shape of a U. Lap joints are also commonly more than two pieces thick—depending on the process used and the thickness of the material, many pieces can be welded together in a lap joint geometry. ^{[ 28 ]}

Oft sind insbesondere gemeinsame Entwürfe ausschließlich oder fast ausschließlich von bestimmten Schweißverfahren eingesetzt. Zum Beispiel, Widerstandspunktschweißen, Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen sind meist gespielten Runde Gelenke. However, some welding methods, like shielded metal arc welding, are extremely versatile and can weld virtually any type of joint. Darüber hinaus können einige Prozesse verwendet, um Multipass Schweißnähte, in denen man schweißen erkalten ist zu machen, und dann noch eine Schweißnaht wird oben drauf durchgeführt. This allows for the welding of thick sections arranged in a single-V preparation joint, for example. ^{[ 29 ]}

The cross-section of a welded butt joint, with the darkest gray representing the weld or fusion zone, the medium gray the heat-affected zone, and the lightest gray the base material.

After welding, a number of distinct regions can be identified in the weld area. The weld itself is called the fusion zone—more specifically, it is where the filler metal was laid during the welding process. The properties of the fusion zone depend primarily on the filler metal used, and its compatibility with the base materials. It is surrounded by the heat-affected zone , the area that had its microstructure and properties altered by the weld. These properties depend on the base material's behavior when subjected to heat. The metal in this area is often weaker than both the base material and the fusion zone, and is also where residual stresses are found. ^{[ 30 ]}

Qualität

Most often, the major metric used for judging the quality of a weld is its strength and the strength of the material around it. Many distinct factors influence this, including the welding method, the amount and concentration of energy input, the base material, the filler material, the flux material, the design of the joint, and the interactions between all these factors. So testen Sie die Qualität einer Schweißnaht, entweder destruktiv oder zerstörungsfreie Prüfung Methoden werden häufig verwendet, um sicherzustellen, dass Schweißnähte frei sind mangelfreien haben ein annehmbares Niveau der Eigenspannungen und Verzug, und haben akzeptable Wärmeeinflusszone (HAZ) Eigenschaften. Welding codes and specifications exist to guide welders in proper welding technique and in how to judge the quality of welds.

Wärmeeinflusszone

Die blaue Fläche ergibt sich aus Oxidation bei einer entsprechenden Temperatur von 600 ° F (316 ° C). This is an accurate way to identify temperature, but does not represent the HAZ width. Die HAZ ist die schmale Fläche, die unmittelbar umgibt die geschweißten unedlen Metallen.

Die Auswirkungen des Schweißens auf die umgebende Material der Schweißnaht können schädliche-abhängig von der verwendeten Werkstoffe und die Wärmeeinbringung des Schweißprozesses eingesetzt werden, die HAZ können von unterschiedlicher Größe und Stärke sein. Die Temperaturleitfähigkeit des Grundmaterials eine große Rolle spielt, wenn die-Diffusivität ist hoch, materiell Abkühlgeschwindigkeit ist die hohe und die HAZ ist relativ klein. Umgekehrt führt eine geringe Diffusivität langsamer Abkühlung und eine größere HAZ. Die Wärmemenge, die durch den Schweißprozess injiziert eine wichtige Rolle spielt, wie es auch Prozesse wie autogene Schweißen eines konzentriertes Wärmeeintrag haben und erhöhen die Größe der HAZ. Verfahren wie das Laserstrahlschweißen geben eine hochkonzentrierte, begrenzte Menge von Wärme, die sich in einem kleinen HAZ. ^{[ 32 ]} To calculate the heat input for arc welding procedures, the following formula can be used: Lichtbogenschweißeinrichtungen fällt zwischen diesen beiden Extremen, wobei die einzelnen Prozesse in etwas unterschiedlichem Wärmeeintrag. ^{[31] [32]} Zur Berechnung der Wärmezufuhr für Lichtbogenschweißen Verfahren, die folgende Formel verwendet werden kann:

wo Q = Wärmezufuhr ( kJ / mm ), V = Spannung ( V ), I = Strom ( A ) und S = Schweißgeschwindigkeit (mm / min). Die Effizienz ist abhängig von der verwendeten Schweißverfahren, mit geschirmten Lichtbogenhandschweißen mit einem Wert von 0,75, Gas-und Lichtbogenhandschweißen Unterpulverschweißen, 0.9, Wolfram-und Gas-Schweißen, 0.8. ^[33]

Mängel

Es gibt viele Arten von Mängeln, die je nach Material und Schweißen auftreten können. Arten von Mängeln gehören Risse, Verzerrungen, Gaseinschlüsse (Porosität), nichtmetallische Einschlüsse, Bindefehler, unvollständige Penetration, lamellaren, Tränenfluss und unterboten.

Schweißbarkeit

Die Qualität einer Schweißnaht ist auch abhängig von der Kombination der Materialien für das Grundmaterial und das Füllmaterial verwendet. Nicht alle Metalle sind geeignet zum Schweißen, und nicht alle Schweißzusätze arbeiten gut mit akzeptablen Basismaterialien.

Außergewöhnliche Bedingungen

Unterwasser-Schweißen

Während viele Geschäfte Schweißanwendungen Reparatur fertig sind, in kontrollierten Umgebungen wie Fabriken und Schweißverfahren sind einige häufig verwendete Wasser in einer Vielzahl von Bedingungen, wie Open Air, und saugt (z. B. Leerzeichen). Im Open-Air-Anwendungen, wie zB Bau-und Reparaturarbeiten im Freien, geschirmt Lichtbogenhandschweißen ist die häufigste Prozess. Prozesse, inerte Gase verwenden, um die Schweißnaht zu schützen nicht ohne weiteres in solchen Situationen verwendet werden, da unvorhersehbare atmosphärischen Bewegungen in einer fehlerhaften Schweißnaht führen kann. Abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen wird häufig auch verwendet in Unterwasser-Schweißen in den Bau und die Reparatur von Schiffen, Bohrinseln und Pipelines, aber andere, wie Flussmittel Schweißen Lichtbogenschweißen entkernt und Gas Wolfram-Lichtbogen, sind ebenfalls üblich. Schweißen im Raum ist auch möglich, sie wurde zunächst von 1969 versuchten russische Kosmonauten, wenn sie Schweißen durchgeführten Experimente, um zu testen abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen Plasma-und Elektronenstrahlschweißen im drucklosen Umgebung. Weitere Tests dieser Methoden wurde Jahrzehnten in den folgenden, und heute Forscher weiterhin Schweißen entwickeln Methoden für die Verwendung von anderen Schweißverfahren im Raum, wie zB Laserstrahlschweißen, Widerstand und Reibschweißen . Fortschritte in diesen Bereichen kann die Nutzungsdauer für die Zukunft ähnliche Bemühungen um den Bau der Internationalen Raumstation , die auf der Erde verlassen konnte Schweißen für den Beitritt in den Raum, dass Teile gefertigt wurden. ^[34]

Sicherheitsaspekte

Lichtbogen-Schweißen mit einem Schweißhelm, Handschuhe und andere Schutzkleidung

Schweißen, ohne die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen, kann eine gefährliche und ungesunde Praxis. Allerdings kann mit dem Einsatz von neuen Technologien und einen angemessenen Schutz, Risiken von Verletzungen und Tod mit dem Schweißen verbundenen erheblich reduziert werden. Weil viele gängigen Schweißverfahren Verfahren beruhen auf einer offenen Flamme Lichtbogen oder Gefahr von Verbrennungen und Feuer ist die signifikante, das ist, warum es als eine eingestuft heißen Arbeiten Prozess. Um sie zu verhindern, Schweißer tragen persönliche Schutzausrüstung in Form von schwerem Leder Handschuhe und Schutzkleidung Langarm-Jacken, Flammen Vermeiden Sie extreme Hitze und. Darüber hinaus Helligkeit der Nahtbereich führt die zu einer Erkrankung namens arc Auge , in denen UV-Licht verursacht eine Entzündung der Hornhaut und können den Brennvorgang Netzhaut der Augen. Goggles und Schweißhelme mit dunklem Gesicht Platten getragen werden, um die Exposition zu verhindern, und in den letzten Jahren haben neue Helm-Modellen produziert worden, die Funktion einer Frontplatte, die Selbst-dunkelt nach Exposition mit hohen Mengen an UV-Licht. Zum Schutz der Zuschauer, durchscheinende Vorhängen umgeben oft die Schweißstelle. Diese Vorhänge, ein aus Polyvinylchlorid Kunststofffolie, Schild in der Nähe Arbeitnehmer gegen Gefährdung durch das UV-Licht aus dem Lichtbogen, sollte aber nicht die verwendet werden, zu ersetzen Filter Glas Helme verwendet. ^[35]

Oxyfuel-Schweißen mit Schutzgas Eyeware

Schweißer sind ebenfalls häufig zu gefährlichen Gasen ausgesetzt und Partikel Angelegenheit. Prozesse wie Flussmittelkern Lichtbogenschweißen und abgeschirmt Lichtbogenhandschweißen produzieren Rauch mit Partikeln aus verschiedenen Oxiden , die in einigen Fällen kann wie Blei auf medizinische Bedingungen Metallgießfieber Fieber . Die Größe der Partikel in Frage, neigt dazu, den Einfluss Toxizität der Rauchgase, mit kleineren Teilchen präsentiert eine größere Gefahr. Darüber hinaus produzieren viele Prozesse Dämpfe und Gase, meist Kohlendioxid , Ozon und Schwermetalle , die gefährliche nachweisen kann, ohne eine ausreichende Belüftung und Ausbildung. Furthermore, because the use of compressed gases and flames in many welding processes poses an explosion and fire risk, some common precautions include limiting the amount of oxygen in the air, keeping combustible materials away from the workplace, ^{[ 37 ]} or making use of a positive pressure enclosure . Die Exposition gegenüber Mangan Schweißrauch, zum Beispiel, auch auf niedrigem Niveau (<0,2 mg / m ^3), kann dies zu Problemen führen neurologische System oder Schäden an der Lunge, Leber, Nieren oder des Zentralnervensystems. ^[36] Darüber hinaus, weil die Verwendung von komprimierten Gasen und Flammen in vielen Schweißverfahren stellt eine Explosion und Brandgefahren, üblichen Vorsichtsmaßnahmen sind einige Begrenzung der Anzahl an Sauerstoff in der Luft halten brennbaren Materialien entfernt vom Arbeitsplatz ^[37] oder der Inanspruchnahme eines positiven Druck-Gehäuse . Schweißen Absauggeräte werden oft verwendet, um den Abzug von der Quelle entfernen und filtern die Abgase durch einen HEPA-Filter.

Kosten und Trends

Als ein industrielles Verfahren, spielt die Kosten des Schweißens eine entscheidende Rolle bei der Herstellung Entscheidungen. Viele verschiedene Variablen beeinflussen die Gesamtkosten, einschließlich der Geräte-, Arbeits-, Materialkosten und Energie kosten. Je nach Verfahren können Geräte Kosten variieren von günstigen Methoden wie für geschirmte Lichtbogenhandschweißen und Autogen-Schweißen, extrem teuer für Methoden wie Laserstrahlschweißen und Elektronenstrahl-Schweißen. Wegen ihrer hohen Kosten, sie sind nur in hoher Produktion eingesetzt. Ebenso, da die Automatisierung und Roboter zu erhöhen Ausrüstung kostet, sind sie nur umgesetzt, wenn eine hohe Produktion notwendig ist. Lohnkosten, hängt von der Abscheiderate (die Rate der Schweißtechnik), der Stundenlohn, und die gesamte Betriebszeit, einschließlich sowohl Zeit als auch Schweißen und Umgang mit dem Teil. Der Materialaufwand umfasst die Kosten für die Basis-und Füllmaterial sowie die Kosten der Schutzgase. Schließlich hängt Energiekosten auf arc Zeit und Schweiß Leistungsbedarf.

Für den manuellen Schweißverfahren, die Lohnkosten in der Regel machen die überwiegende Mehrheit der Gesamtkosten. Als Folge sind viele kostensparende Maßnahmen auf die Minimierung der Betriebszeit konzentriert. Um dies zu tun, kann Schweißverfahren mit hohen Depositionsraten ausgewählt werden, und schweißen Parameter verfeinert werden zum Schweißen Geschwindigkeit zu erhöhen. Außerdem ist die Entfernung von Schweißspritzern beim Schweißen entstehende sehr arbeitsintensiv und zeitaufwendig. Implementation of Welding Ausblas & Flux, die sicher und umweltfreundlich ist eine willkommene Abwechslung in Kostensenkungen und Schweißverbindung Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung angesehen wird. Mechanisierung und Automatisierung sind oft implementiert, um die Arbeitskosten zu senken, aber dies häufig erhöht die Kosten der Ausrüstung und schafft zusätzliche Rüstzeit. Sachkosten tendenziell steigen, wenn besondere Eigenschaften erforderlich sind, und die Energiekosten in der Regel nicht Prozent belaufen sich auf mehr als einige der insgesamt Schweiß kosten. ^[38]

In den letzten Jahren, um die Lohnkosten zu minimieren hohen Produktionskosten in Fertigungs-, Industrie-Schweißen wird immer stärker automatisiert, vor allem mit dem Einsatz von Robotern in Widerstandspunktschweißen (vor allem in der Automobilindustrie) und in Lichtbogenschweißen. and at first, spot welding was its most common application, but robotic arc welding increases in popularity as technology advances. In Schweißroboter , mechanisierte Geräte halten sowohl das Material und die Schweißnaht führen ^[39] und auf den ersten, Punktschweißen war ihre häufigste Anwendung, sondern Roboter Lichtbogenschweißen steigt in der Popularität als Technologie-Fortschritte. Weitere Schwerpunkte der Forschung und Entwicklung gehören das Schweißen von unterschiedlichen Materialien (z. B. Stahl und Aluminium, zum Beispiel) und neue Schweißverfahren, wie Friction Stir , magnetische Impulse , Wärmeleitung Naht und Laser-Hybrid-Schweißen . Darüber hinaus wird darauf hinarbeiten, dass mehr spezialisierte Methoden wie Laserstrahlschweißen für mehr praktische Anwendungen, wie zB in der Luftfahrt-und Automobilindustrie gewünscht. Die Forscher hoffen auch zum besseren Verständnis der oft unberechenbar Eigenschaften von Schweißnähten, insbesondere Gefüge, Eigenspannungen und eine Schweißnaht die Tendenz zu knacken oder zu verformen. ^[40]

Siehe auch

• Geregelter Metal Deposition
• Welding Procedure Specification

Notes

Referenzen

• ASM International (2003). Trends in Welding Research . Materials Park, Ohio : ASM International. ISBN 0-87170-780-2 .  
• Blunt, Jane; Nigel C. Balchin (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes . Cambridge : Woodhead. ISBN 1-85573-538-5 .  
• Cary, Howard B; Scott C. Helzer (2005). Modern Welding Technology . Upper Saddle River, New Jersey : Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3 .  
• Henderson, JG (1953). Metallurgical Dictionary . New York, New York : Reinhold Publishing Corporation.  
• Hicks, John (1999). Welded Joint Design . New York : Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6 .  
• Kalpakjian, Serope; Steven R. Schmid (2001). Manufacturing Engineering and Technology . Prentice Hall. ISBN 0-201-36131-0 .  
• Lincoln Electric (1994). The Procedure Handbook of Arc Welding . Cleveland : Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2 .  
• Smith, Dave (1984). Welding Skills and Technology . New York, New York : McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-000757-8 .  
• The James F. Lincoln Arc Welding Foundation (1978). Principles of Industrial Welding . Cleveland, Ohio : The James F. Lincoln Arc Welding Foundation.  
• Weman, Klas (2003). Welding processes handbook . New York, NY: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8 .  

Externe Links

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• The American Welding Society
• Canadian Welding Association
• Edison Welding Institute