Klassifizierung des Schweißens

Das Metallschweißen kann entsprechend den Verfahrensmerkmalen in drei Kategorien eingeteilt werden: Schmelzschweißen, Pressschweißen und Hartlöten.
Wenn während des Schmelzschweißprozesses die Atmosphäre in direktem Kontakt mit dem Hochtemperatur-Schmelzbad steht, oxidiert der Sauerstoff in der Atmosphäre das Metall und verschiedene Legierungselemente. Stickstoff, Wasserdampf usw. in der Atmosphäre gelangen in das Schmelzbad und bilden beim anschließenden Abkühlvorgang ebenfalls Defekte wie Poren, Schlackeneinschlüsse, Risse usw. in der Schweißnaht, wodurch sich die Qualität und Leistung der Schweißnaht verschlechtert.
Um die Qualität des Schweißens zu verbessern, wurden verschiedene Schutzmethoden entwickelt. Beispielsweise dient das Schutzgasschweißen dazu, die Atmosphäre mit Gasen wie Argon und Kohlendioxid zu isolieren, um den Lichtbogen und die Schmelzbadrate während des Schweißens zu schützen. Beispielsweise kann beim Schweißen von Stahl die Zugabe von Titan-Eisen-Pulver mit hoher Sauerstoffaffinität zur Elektrodenbeschichtung zur Desoxidation die nützlichen Elemente wie Mangan und Silizium in der Elektrode vor Oxidation und Eindringen in das Schmelzbad schützen und nach dem Abkühlen hochwertige Schweißnähte erzielen .
Das gemeinsame Merkmal verschiedener Pressschweißverfahren besteht darin, dass während des Schweißvorgangs Druck ausgeübt wird, ohne dass Zusatzwerkstoffe hinzugefügt werden. Die meisten Druckschweißverfahren wie Diffusionsschweißen, Hochfrequenzschweißen, Kaltpressschweißen usw. verfügen über keinen Schmelzprozess, so dass es nicht wie beim Schmelzschweißen zu einem Problem des Verbrennens nützlicher Legierungselemente und des Eindringens schädlicher Elemente in die Schweißnaht kommt, was die Schweißnaht vereinfacht den Schweißprozess und verbessert die Sicherheits- und Gesundheitsbedingungen beim Schweißen. Da gleichzeitig die Erwärmungstemperatur niedriger als beim Schmelzschweißen und die Erwärmungszeit kürzer ist, ist die Wärmeeinflusszone klein. Viele Werkstoffe, die beim Schmelzschweißen schwer zu verschweißen sind, können durch Pressschweißen häufig zu hochwertigen Verbindungen mit der gleichen Festigkeit wie das Grundmaterial verschweißt werden.
Die beim Schweißen entstehende Naht, die die beiden verbundenen Körper verbindet, wird Schweißnaht genannt. Während des Schweißens werden beide Seiten der Schweißnaht von der Schweißwärme beeinflusst und die Organisation und Leistung ändern sich. Dieser Bereich wird als Wärmeeinflusszone bezeichnet. Während des Schweißens verschlechtert sich aufgrund von Unterschieden in den Werkstückmaterialien, Schweißmaterialien, Schweißströmen usw. die Schweißbarkeit. Dies erfordert eine Anpassung der Schweißbedingungen. Durch Vorwärmen der Schweißverbindung vor dem Schweißen, Wärmeerhaltung während des Schweißens und Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Schweißqualität der Schweißverbindung verbessert werden.
Darüber hinaus handelt es sich beim Schweißen um einen lokalen, schnellen Erwärmungs- und Abkühlungsprozess. Aufgrund der Zwänge des umgebenden Werkstückkörpers kann sich die Schweißzone nicht frei ausdehnen und zusammenziehen. Nach dem Abkühlen kommt es in der Schweißkonstruktion zu Schweißspannungen und Verformungen. Wichtige Produkte müssen Schweißspannungen beseitigen und Schweißverformungen nach dem Schweißen korrigieren.
Moderne Schweißtechnik ermöglicht das Schweißen von Schweißnähten ohne innere und äußere Mängel und mit mechanischen Eigenschaften, die denen der verbundenen Körper entsprechen oder diese sogar übertreffen. Die relativen Positionen der geschweißten Körper im Raum werden als Schweißverbindungen bezeichnet. Die Festigkeit der Verbindungen wird nicht nur von der Qualität der Schweißnähte beeinflusst, sondern hängt auch von deren geometrischer Form, Größe, Spannungsbedingungen und Arbeitsbedingungen ab. Die Grundformen der Verbindungen sind Stoßverbindungen, Überlappungsverbindungen und T-Verbindungen (orthogonale Verbindungen).
Die Querschnittsform der Stumpfnaht wird durch die Dicke des Schweißkörpers vor dem Schweißen und die Nutform der beiden Kanten bestimmt. Beim Schweißen von dickeren Stahlblechen werden an den Verbindungsstellen verschieden geformte Nuten zum Durchschweißen geöffnet, damit der Schweißstab bzw. Schweißdraht leichter eingeführt werden kann. Die Nutformen umfassen einseitige Schweißnuten und doppelseitige Schweißnuten. Bei der Auswahl der Nutform sollten neben der Sicherstellung der Eindringung auch Faktoren wie bequemes Schweißen, geringe Zusatzwerkstoffmenge, geringe Schweißverformung und geringe Nutbearbeitungskosten berücksichtigt werden.
Wenn zwei Stahlplatten unterschiedlicher Dicke stumpf miteinander verbunden werden, wird die dickere Plattenkante häufig schrittweise verdünnt, um an den beiden Verbindungskanten eine gleiche Dicke zu erreichen, um eine starke Spannungskonzentration aufgrund einer starken Querschnittsänderung zu vermeiden. Die statische Festigkeit und Dauerfestigkeit der Stoßverbindung sind höher als bei anderen Verbindungen. Für Verbindungen unter Wechsel- und Stoßbelastungen oder in Tieftemperatur- und Hochdruckbehältern wird häufig das Stumpfschweißen bevorzugt.
Die Vorbereitung der Überlappungsverbindung vor dem Schweißen ist einfach, die Montage ist bequem und die Schweißverformung und Restspannung sind gering. Daher wird es häufig bei vor Ort eingebauten Verbindungen und unwichtigen Bauwerken eingesetzt. Generell gilt, dass Überlappungsverbindungen nicht für Arbeiten unter Bedingungen wie Wechselbelastungen, korrosiven Medien, hohen oder niedrigen Temperaturen geeignet sind.
Der Einsatz von T-Verbindungen und Eckverbindungen ist in der Regel auf bauliche Gegebenheiten zurückzuführen. Die Arbeitseigenschaften der unvollständig geschweißten Kehlnaht an der T-Verbindung ähneln denen der Kehlnaht an der Überlappungsverbindung. Wenn die Schweißnaht senkrecht zur Richtung der äußeren Kraft verläuft, handelt es sich um eine positive Kehlnaht. Zu diesem Zeitpunkt führt die Oberflächenform der Schweißnaht zu unterschiedlich starken Spannungskonzentrationen; Der Spannungszustand der fertig geschweißten Kehlnaht ähnelt dem der Stumpfnaht.
Eckverbindungen haben eine geringe Tragfähigkeit und werden in der Regel nicht allein verwendet. Sie können nur verbessert werden, wenn sie vollständig verschweißt sind oder wenn innen und außen Eckschweißnähte vorhanden sind. Sie werden meist an den Ecken geschlossener Bauwerke eingesetzt.
Geschweißte Produkte sind leichter als genietete Teile, Guss- und Schmiedeteile, was das Gewicht reduzieren und Energie für Transportfahrzeuge sparen kann. Schweißen hat gute Dichtungseigenschaften und eignet sich zur Herstellung verschiedener Behälter. Durch die Entwicklung einer Verbindungsverarbeitungstechnologie zur Kombination von Schweißen mit Schmieden und Gießen können große, wirtschaftlich sinnvolle gussgeschweißte Strukturen und schmiedegeschweißte Strukturen mit hohem wirtschaftlichen Nutzen hergestellt werden. Durch den Einsatz der Schweißtechnik können Materialien effektiv genutzt werden. Bei Schweißkonstruktionen können Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Teilen verwendet werden, die Stärken verschiedener Materialien voll ausgenutzt werden und Wirtschaftlichkeit und Qualität erzielt werden. Schweißen ist zu einem unverzichtbaren und immer wichtiger werdenden Bearbeitungsverfahren in der modernen Industrie geworden.
In der modernen Metallverarbeitung entwickelte sich das Schweißen später als die Gieß- und Schmiedeverfahren, hat sich aber rasant weiterentwickelt. Das Gewicht von Schweißkonstruktionen macht etwa 45 % der Stahlproduktion aus, und auch der Anteil von Schweißkonstruktionen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen nimmt zu.
Zukünftig sollte die Schweißtechnik neue Schweißmethoden, Schweißgeräte und Schweißmaterialien entwickeln, um die Schweißqualität und die Sicherheitszuverlässigkeit weiter zu verbessern, wie z. B. die Verbesserung bestehender Lichtbogen-, Plasmalichtbogen-, Elektronenstrahl-, Laser- und anderer Schweißenergiequellen; Einsatz elektronischer Technologie und Steuerungstechnik zur Verbesserung der Prozessleistung des Lichtbogens und Entwicklung zuverlässiger und leichter Lichtbogenverfolgungsmethoden.
Andererseits ist es notwendig, den Grad der Schweißmechanisierung und -automatisierung zu verbessern, beispielsweise durch die Realisierung einer Programmsteuerung und einer digitalen Steuerung von Schweißmaschinen; Entwicklung spezieller Schweißmaschinen, die den gesamten Prozess vom Vorbereitungsprozess über das Schweißen bis zur Qualitätsüberwachung automatisieren; Förderung und Ausbau von CNC-Schweißmanipulatoren und Schweißrobotern in automatischen Schweißproduktionslinien, die das Schweißproduktionsniveau verbessern und die Gesundheits- und Sicherheitsbedingungen beim Schweißen verbessern können.
Evolutionsprozess
Die Schweißtechnik entstand mit der Schmelzgewinnung von Metallen wie Kupfer und Eisen und der Anwendung verschiedener Wärmequellen. Die wichtigsten Schweißverfahren in der Antike waren Gussschweißen, Hartlöten, Schmiedeschweißen und Nietschweißen. Vor 2500 v. Chr. hatten die alten Babylonier und die Indus-Zivilisation ein hohes Maß an Warm- und Kaltverarbeitung von Kupfer- und Eisenmetallen erreicht und konnten Schmiedeschweißen, Gussschweißen und andere Schweißmethoden zur Herstellung von Metallutensilien und zum Gravieren von Texten nutzen. Die repräsentative Kultur dieser Zeit war die Harappa-Kultur.
Die in der Shang-Dynastie in China hergestellte Kupferaxt mit Eisenklinge ist ein gegossenes, geschweißtes Stück aus Eisen und Kupfer. Die Fusionslinie aus Kupfer und Eisen auf seiner Oberfläche ist gewunden und gut verbunden. Während der Frühlings- und Herbstperiode und der Zeit der Streitenden Reiche befinden sich viele zusammengerollte Drachen auf dem Bronzesockel der Trommel im Grab von Zeng Houyi. Es wurde durch abschnittsweises Hartlöten hergestellt. Nach der Analyse wurde festgestellt, dass die Zusammensetzung des verwendeten Lots der von modernem Weichlot ähnelt. Die in der Zeit der Streitenden Reiche hergestellten Schwerter hatten Stahlklingen und schmiedeeiserne Rückseiten, die im Allgemeinen durch Erhitzen und Schmieden hergestellt wurden. Laut dem Buch „Die Ausbeutung der Werke der Natur“, das Song Yingxing in der Ming-Dynastie verfasste, wurden im alten China Kupfer und Eisen gemeinsam in einem Ofen erhitzt und zu Messern und Äxten geschmiedet; Gelber Schlamm oder fein gesiebte alte Mauererde wurde auf die Fugen gestreut, um abschnittsweise große Anker zu schmieden und zu verschweißen. Im Mittelalter wurden in Damaskus, Syrien, auch Waffen durch Schmieden und Schweißen hergestellt.