Fuegetechnik_Schweisstechnik_LP

Fügetechnik
Schweißtechnik

Fügetechnik
Schweißtechnik
erarbeitet von der Fachgruppe
„Schweißtechnische Ausbildung an Hochschulen“
der DVS-Arbeitsgruppe „Schulung und Prüfung“
8., aktualisierte und erweiterte Auflage

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
ISBN 978-3-87155-999-0
Alle Rechte, einschließlich Übersetzungsrecht, vorbehalten. Nachdruck und fotomechanische Vervielfältigung
(z. B. Fotokopie, Mikrokopie usw.) dieses Bandes oder von Teilen desselben nur mit Genehmigung der
DVS Media GmbH, Düsseldorf.
DVS Media GmbH, Düsseldorf 2012
Offsetdruck: Druckhaus GmbH, Korschenbroich
Titelbild (Foto): mit freundlicher Genehmigung der ESAB AB, Göteborg/Schweden

Geleitwort
Liebe Leserinnen, lieber Leser,
mit der 8., aktualisierten Auflage der Lehrunterlage „Fügetechnik – Schweißtechnik“ halten Sie einen Bestseller
von DVS Media in den Händen.
Fügetechnische Verfahren wie Schweißen, Löten und Kleben stehen in einem interessanten Wettbewerb um
Anwendungen und Marktanteile – gleiches gilt für die Werkstoffe: Stahl konkurriert mit Leichtmetall,
Werkstoffverbunde und Verbundwerkstoffe gewinnen an Bedeutung. Die fügetechnischen Verfahren werden in
dieser Lehrunterlage in ihren Grundlagen, Anwendungen und Besonderheiten beschrieben, die metallischen
Werkstoffe und die Kunststoffe werden in ihrem Schweißverhalten umfassend betrachtet.
Neben dem Fügen gewinnt das Beschichten zunehmend an Bedeutung, denn die Oberfläche hat „strategische
Bedeutung“ für die Anpassung von Werkstoffen an besondere Herausforderungen – somit gehören Themen wie
Auftragschweißen und thermisches Spritzen auch dazu. Neben den fügetechnischen Verfahren müssen natürlich
auch die Verfahren für das thermische Schneiden beschrieben und diskutiert werden.
Die intelligenteste Auswahl von Werkstoffen und Verfahren nützt allerdings nichts, wenn nicht Konstruktionen
und schweißtechnische Fertigung frühzeitig und umfassend berücksichtigt werden. Konsequenterweise stellen
auch diese Inhalte weitere Schwerpunkte dar.
Die Aktualisierung der 8. Auflage der Lehrunterlage „Fügetechnik – Schweißtechnik“ lag in bewährter Weise in
den Händen der Mitglieder der DVS-Fachgruppe „Schweißtechnische Ausbildung an Hochschulen“. Den Mitgliedern
dieser Arbeitsgruppe wird für ihr Engagement in der Sache, für ihre klare Darstellung der technischen
Inhalte und für ihre Weitsicht, diese Ausgabe aktualisiert zu halten und weiterzuentwickeln, gedankt.
Allen Nutzern und Lesern dieses Buches, seien es nun angehende oder erfahrene Ingenieure, seien es Praktiker
in der schweißtechnischen Fertigung oder andere an der Schweißtechnik Interessierte, wünschen wir viel Freude
bei der Lektüre – viele nutzbare Informationen sind garantiert!
Düsseldorf, im Oktober 2012
Dr.-Ing. Klaus Middeldorf
Hauptgeschäftsführer
DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte
Verfahren e. V.
Geleitwort
Die erste Ausgabe dieses Buches entstand 1981 in der DVS-Fachgruppe „Schweißtechnische Ingenieurausbildung“
als Lehrblattsammlung für Studierende der Schweißtechnik. Die Arbeitsgruppe hat das Werk seither
für die Lehre mehrmals den technischen Weiterentwicklungen der Fügetechniken angepasst.
Als Gruppe im Dienste der Schweißtechnik wünschen wir dieser nun achten Auflage weiterhin große Verbreitung,
insbesondere in der Hochschulausbildung. Sie möge mindestens ebenso erfolgreich sein wie die Vorgängerausgaben,
die trotz Internet in so mancher Schreibtischschublade noch sehr gute Dienste als Erinnerungsstütze
und Nachschlagewerk leisten. Allen Nutzern wünschen wir, dass sie auf grundlegende und einführende
Fragen, auch in Ergänzung zum Internet und E-Learning, immer eine weiterhelfende Antwort finden mögen.
Besonderer Dank gilt dem Herausgeber, unserem Kollegen Prof. Dr.-Ing. H. Dören von der Fachhochschule
Aachen, Campus Jülich, für seinen besonderen Einsatz bei der Überarbeitung, den Anpassungen und Korrekturen
zu dieser nun achten Auflage.
Bremen, im Oktober 2012
Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Schubert
Vorsitzender der DVS-Fachgruppe 3.3
„Schweißtechnische Ausbildung an Hochschulen“

Vorwort
Die Fachgruppe „Schweißtechnische Ausbildung an Hochschulen“ des DVS hat mit der 8. Auflage der
„Fügetechnik – Schweißtechnik“ nicht nur das Lehrbuch überarbeitet und dem neuesten Wissenstand angepasst,
sondern das Buch auch um wichtige Kapitel erweitert. So haben nun die in den letzten Jahren im Karosseriebau
immer mehr an Bedeutung gewonnenen mechanischen Fügeverfahren sowie das Wasserstrahlschneiden in der 8.
Auflage ihre Berücksichtigung gefunden. Des Weiteren sind natürlich die schweiß- und fügetechnischen
Entwicklungen der letzten Jahre sowie die Änderungen bei den Normen mit eingeflossen. Das vorliegende
Lehrbuch entspricht daher dem Stand von Wissenschaft und Technik des Erscheinungsjahres.
Das Lehrbuch ist von seiner Konzeption als Lehrunterlage für die schweißtechnische Ingenieurausbildung
an den Hochschulen, Fachhochschulen sowie an Weiterbildungseinrichtungen für die Schweißfachingenieurausbildung
gedacht. Daher wurde bei der Gestaltung des Lehrbuches besonders der schweißtechnische
Fächerkatalog der fachkundlichen Grundlagen der Schweißfachingenieurausbildung nach der Richtlinie
DVS -IIW 1170 berücksichtigt. Darüber hinaus ist das Lehrbuch für den in der Praxis stehenden Fachmann ein
ergänzendes, auf den neuesten Stand gebrachtes Nachschlagewerk.
So werden zunächst die wichtigsten Metalle und deren Schweißverhalten sowie das Prüfen von Schweißverbindungen
beschrieben. Ein umfangreiches Kapitel widmet sich den einzelnen Schweißprozessen und Geräten.
Weitere fügetechnische Prozesse finden sich in den Kapiteln Löten, Kleben und Mechanische Fügeverfahren.
Abgerundet werden die verfahrenstechnischen Kapitel durch die Themen Beschichten und Schneiden, wobei bei
den Schneidverfahren zwischen Wasserstrahlschneiden und den thermischen Schneidprozessen unterschieden
wird. Ein weiterer Schwerpunkt des Buches befasst sich mit den Problemen der Konstruktion und der
schweißtechnischen Fertigung, wobei die theoretischen Grundlagen an aktuellen Beispielen aus der Praxis
anschaulich erläutert werden.
Die Autoren der einzelnen Kapitel und Abschnitte sind ausnahmslos Fachkollegen, die an den einzelnen
Hochschulen der Bundesrepublik Deutschland für das Lehrgebiet Fügetechnik oder Schweißtechnik verantwortlich
zeichnen. Ihnen sei an dieser Stelle für ihre engagierte Mitarbeit gedankt.
Ein Dank gilt auch den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern im Umfeld der einzelnen Hochschulen, die zum
Erscheinen des Buches beigetragen haben.
Einen besonderen Dank möchte ich Herrn Lothar Knittel für die gründliche Textbearbeitung und fachliche
Betreuung aussprechen.
Jülich, im Oktober 2012
Prof. Dr.-Ing. Horst Dören
Fachhochschule Aachen, Campus Jülich
Herausgeber

Autorenverzeichnis
Borutzki, Ulrich, Prof. Dr.-Ing. FHTW Berlin 4.1.2.3; 4.1.2.5;
11.7.6; 12.6
Busch, Wolf-Berend, Prof. Dr.-Ing. FH Bielefeld 3.2.3; 3.2.4; 4.1.1;
4.1.2.1; 4.1.2.2; 10.1.1
Bye, Carsten, Prof. Dr.-Ing. FHWT Vechta-Diepholz-Oldenburg 8
Dangelmaier, Peter, Prof. Dr.-Ing. FH Würzburg-Schweinfurt 11.6.1; 11.6.2; 11.7.1;
11.7.3; 11.7.4
Dören, Horst, Prof. Dr.-Ing. FH Aachen, Campus Jülich 2.5.3 bis 2.5.5
Dorn, Lutz, Prof. Dr.-Ing. TU Berlin 1.2
Falke, Johannes, Prof. Dr.-Ing. Universität Siegen 11.7.2
Füssel, Uwe, Prof. Dr.-Ing. habil. TU Dresden 12.5.1; 12.5.2; 12.8; 12.9
Gartzen, Johannes, Prof. Dr.-Ing. FH Aachen 2.5.6
Hipp, Klaus Jürgen, Prof. Dr.-Ing. FH Südwestfalen 3.2.1; 4.3, 11.7.5
Hobbacher, Adolf, Prof. Dr.-Ing. Jade Hochschule 2.4
Illgner, Karl-Heinz, Prof. Dr.-Ing. FH Münster, Abt. Steinfurt 4.1.3.2
Jacobi, Manfred, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Regensburg 3.2.2
Klink, Winfried, Prof. Dr.-Ing. HTWG Konstanz 11.6.2; 11.7.9; 11.7.9
Kluge, Dieter, Prof. Dr.-Ing. habil. Chemnitz (ehemals Westsächsische 12.2; 12.5.3;
Hochschule Zwickau) 12.5.7; 12.5.8
Knödel, Peter, Prof. Dr.-Ing Hochschule Augsburg 11.1 bis 11.4; 11.6.3
Lange, Franz Josef, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Augsburg 4.1.2.5; 7
Leuschen, Bernhard, Prof. Dr.-Ing. FH Düsseldorf 4.2.1 bis 4.2.1.4
Middeldorf, Klaus, Dr-Ing. DVS 1.1
Müller, Lutz, Prof. Dr.-Ing. HAW Hamburg 2.3; 2.5.8; 12.4
Mundt, Ronald, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Emden/Leer 2.5.7
Radscheit, Carolin, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Bochum 2.2; 4.1.3.4; 10.1.3
Richter, Helmut, Prof. Dr.-Ing. Wuppertal (ehemals Universität Wuppertal) 2.5.9; 4.1.3.1
Ruß, August, Prof. Dipl.-Ing. FH Würzburg-Schweinfurt 4.1.2.5
Schinke, Bernd, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Mannheim 3.1.3; 3.1.4
Schubert, Rüdiger, Prof. Dr.-Ing, Hochschule Bremen 3.1.1; 3.1.2
Schuler, Volkmar, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Ulm 11.7.10; 11.7.11
Schwab, Rainer, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Karlsruhe 2.5.1
Schwantes, Stephan, Prof. Dipl. Ing. Hochschule Ulm 2.5.2
Schwesig, Martin, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Ostwestfalen-Lippe 11.5 bis 11.5.3
Sennß, Siegfried, Dipl. Ing. Berufsakademie Riesa 4.1.2.4; 5; 12.5.4 bis
12.5.6; 12.7
Sievers, Ernst-Rainer, Prof. Dr.-Ing. Westfälische Hochschule 2.1; 2.5.8; 4.1.3.3
Uelze, Andreas, Prof. Dr.-Ing. habil. HTW Dresden 12.3
Vögele, Alfons, Dipl. Ing. SRH Hochschule Heidelberg 1.3; 4.1; 4.1.2; 4.1.2.5;
4.2; 4.2.2; 11.7.7
Winkelmann, Ralf, Prof. Dr.-Ing. Hochschule Lausitz 9; 9.1; 9.2; 10.1.2
Winkler, Reinhard, Prof. Dr. HTWG Konstanz 11.7.9
Wodara, Johannes, Prof. Dr.-Ing. habil. Magdeburg (ehemals FH Hamburg) 4.2.2.1 bis 4.2.2.6,
6; 10,2
Wohlfarth, Helmut, Prof. Dr.-Ing., Waldbronn (ehemals TU Braunschweig) 12.1

Inhaltsverzeichnis
Geleitworte
Vorwort
Autorenverzeichnis
1 Einleitung ............................................................................................................................................. 1
1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der Fügetechnik ......................................................................................... 1
1.2 Entwicklung der Schweißtechnik .......................................................................................................... 3
1.3 Definition des Schweißens und Prozessbegriffe .................................................................................... 6
2 Metallische Werkstoffe und deren Verhalten beim Schweißen ....................................................... 9
2.1 Schweißbarkeit ...................................................................................................................................... 9
2.2 Aufbau von Schweißverbindungen ..................................................................................................... 13
2.3 Ursachen und Vermeidung der Rissbildung beim Schweißen ............................................................. 24
2.4 Sprödbruchsicherung geschweißter Bauteile ....................................................................................... 30
2.5 Schweißen metallischer Werkstoffe .................................................................................................... 37
2.5.1 Allgemeine Baustähle nach DIN EN 10025-2 ..................................................................................... 37
2.5.2 Feinkornbaustähle ................................................................................................................................ 40
2.5.3 Niedriglegierte Stähle .......................................................................................................................... 42
2.5.4 Nichtrostende Stähle ............................................................................................................................ 46
2.5.5 Austenit-Ferrit-Verbindungen ............................................................................................................. 51
2.5.6 Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe ...................................................................................................... 54
2.5.7 Aluminiumwerkstoffe .......................................................................................................................... 56
2.5.8 Schweißen von Kupfer-, Titan-, Nickel- und Magnesiumwerkstoffen ................................................ 61
2.5.9 Nicht artgleiche Metallverbindungen .................................................................................................. 64
3 Prüfen von Schweißverbindungen ................................................................................................... 66
3.1 Zerstörende Prüfverfahren ................................................................................................................... 66
3.1.1 Zugversuch .......................................................................................................................................... 66
3.1.2 Kerbschlagbiegeversuch ...................................................................................................................... 69
3.1.3 Biegeprüfung ....................................................................................................................................... 72
3.1.4 Härteprüfung ........................................................................................................................................ 73
3.2 Zerstörungsfreie Prüfverfahren ............................................................................................................ 74
3.2.1 Eindringverfahren (PT) ........................................................................................................................ 74
3.2.2 Magnetpulverprüfung (MT) ................................................................................................................ 76
3.2.3 Ultraschallprüfung (UT) ...................................................................................................................... 79
3.2.4 Durchstrahlungsprüfung (RT) ............................................................................................................. 81
4 Schweißprozesse und Geräte ............................................................................................................ 85
4.1 Schmelzschweißprozesse ..................................................................................................................... 85
4.1.1 Gasschmelzschweißen ......................................................................................................................... 86
4.1.2 Lichtbogenschweißen .......................................................................................................................... 93
4.1.2.1 Lichtbogen und Arbeitspunkt beim Schweißen ................................................................................... 94
4.1.2.2 Schweißstromquellen ........................................................................................................................... 97
4.1.2.3 Lichtbogenhandschweißen ................................................................................................................ 103
4.1.2.4 Unterpulverschweißen ....................................................................................................................... 110
4.1.2.5 Schutzgasschweißen .......................................................................................................................... 115
Metall-Schutzgasschweißen (MSG) .................................................................................................. 116
Wolfram-Schutzgasschweißen .......................................................................................................... 123
Plasmaschweißen ............................................................................................................................... 128
4.1.3 Weitere Schmelzschweißprozesse ..................................................................................................... 133
4.1.3.1 Gießschmelzschweißen ...................................................................................................................... 133
4.1.3.2 Elektroschlackeschweißen und Elektrogasschweißen ....................................................................... 135
4.1.3.3 Elektronenstrahlschweißen ................................................................................................................ 138
4.1.3.4 Laserstrahlschweißen ......................................................................................................................... 144

4.2 Pressschweißprozesse ........................................................................................................................ 150
4.2.1 Widerstandsschweißen ...................................................................................................................... 151
4.2.1.1 Widerstandspunktschweißen ............................................................................................................. 152
4.2.1.2 Buckelschweißen ............................................................................................................................... 158
4.2.1.3 Rollennahtschweißen ......................................................................................................................... 159
4.2.1.4 Widerstandsstumpfschweißen ........................................................................................................... 160
4.2.2 Weitere Pressschweißprozesse .......................................................................................................... 163
4.2.2.1 Kaltpressschweißen ........................................................................................................................... 164
4.2.2.2 Sprengschweißen ............................................................................................................................... 166
4.2.2.3 Ultraschallschweißen (Metalle) ......................................................................................................... 167
4.2.2.4 Reibschweißen ................................................................................................................................... 169
4.2.2.5 Diffusionsschweißen ......................................................................................................................... 173
4.2.2.6 Lichtbogenpressschweißen ................................................................................................................ 176
4.3 Schweißen und Schneiden unter Wasser ........................................................................................... 180
5 Kunststoffschweißen ........................................................................................................................ 184
6 Löten ................................................................................................................................................. 190
7 Metallkleben ..................................................................................................................................... 200
8 Mechanisches Fügen ........................................................................................................................ 208
9 Beschichten ....................................................................................................................................... 219
9.1 Auftragschweißen .............................................................................................................................. 220
9.2 Thermisches Spritzen ......................................................................................................................... 224
10 Trennen ............................................................................................................................................. 228
10.1 Thermisches Trennen ......................................................................................................................... 228
10.1.1 Brennschneiden und Brennfugen ....................................................................................................... 228
10.1.2 Plasmaschneiden ................................................................................................................................ 232
10.1.3 Laserstrahlschneiden .......................................................................................................................... 235
10.2 Wasserstrahlschneiden ....................................................................................................................... 238
11 Konstruktion .................................................................................................................................... 242
11.1 Stoßarten, Nahtarten, Schweißpositionen und zeichnerische Darstellung ......................................... 242
11.2 Naht- bzw. Fugenvorbereitung .......................................................................................................... 248
11.3 Gestaltungsgrundsätze ....................................................................................................................... 250
11.4 Ermittlung der Spannungen und Querschnittswerte .......................................................................... 255
11.5 Vorwiegend ruhend beanspruchte Schweißverbindungen ................................................................. 258
11.5.1 Sicherheitskonzept gemäß DIN EN 1993 .......................................................................................... 258
11.5.2 Schweißverbindungen nach DIN EN 1993-1-8 ................................................................................. 259
11.5.3 Berechnungsbeispiele von vorwiegend ruhend beanspruchten Schweißverbindungen nach
DIN EN 1993-1-8 .............................................................................................................................. 262
11.6 Nicht vorwiegend ruhend beanspruchte Schweißverbindungen ........................................................ 267
11.6.1 Grundlagen ........................................................................................................................................ 267
11.6.2 Berechnungsbeispiele einer nicht vorwiegend ruhend beanspruchten Schweißverbindung
(dynamische Beanspruchung)............................................................................................................. 273
11.6.3 Normen, Regelwerke und Schrifttum ................................................................................................ 276
11.7 Anwendungs- und Ausführungsbeispiele .......................................................................................... 280
11.7.1 Geschweißte Konstruktionsdetails aus dem Stahlhochbau ................................................................ 280
11.7.2 Stahlbrückenbau ................................................................................................................................ 286
11.7.3 Kranbau ............................................................................................................................................. 290
11.7.4 Schweißen von Betonstahl ................................................................................................................. 295
11.7.5 Bau von meerestechnischen Anlagen ................................................................................................ 299
11.7.6 Schiffbau ............................................................................................................................................ 303
11.7.7 Behälter-, Dampfkessel- und Rohrleitungsbau .................................................................................. 305
11.7.8 Maschinenbau .................................................................................................................................... 308

11.7.9 Fahrzeugbau ....................................................................................................................................... 315
11.7.10 Schweißen im Luft- und Raumfahrzeugbau ...................................................................................... 321
11.7.11 Schweißen in Feinwerktechnik und Elektronik ................................................................................. 327
12 Schweißtechnische Fertigung ......................................................................................................... 332
12.1 Spannungen und Deformationen ....................................................................................................... 332
12.2 Schweißfolge ..................................................................................................................................... 339
12.3 Richten und Flammrichten ................................................................................................................ 345
12.4 Thermische Behandlungen in Zusammenhang mit Schweißvorgängen ............................................ 347
12.5 Fertigungsplanung ............................................................................................................................. 352
12.5.1 Schweißtechnischer Eignungsnachweis ............................................................................................ 352
12.5.2 Schweißtechnische Ausbildung und Prüfung .................................................................................... 356
12.5.3 Kalkulation von Schweißarbeiten ...................................................................................................... 361
12.5.4 Schweißtechnische Fertigungsunterlagen .......................................................................................... 363
12.5.5 Wahl des Schweißverfahrens ............................................................................................................. 365
12.5.6 Wahl der Schweißmaschinen und -geräte .......................................................................................... 368
12.5.7 Wahl der Schweißzusätze und -hilfsmittel ........................................................................................ 370
12.5.8 Kapazitätsplanung ............................................................................................................................. 373
12.6 Rationalisierung und Produktivitätserhöhung ................................................................................... 375
12.7 Schweißtechnischer Gesundheits- und Arbeitsschutz ....................................................................... 381
12.8 Zertifizierungen ................................................................................................................................. 386
12.9 Qualitätsmanagementsystem (Qualitätsmanagement-Handbuch) ..................................................... 390
13 Schweißtechnische Information und Dokumentation .................................................................. 394
Anhang ............................................................................................................................................................. 396
Metallographische Bilder von Schweißnähten .................................................................................................. 396
Zustandsschaubilder Eisen – Kohlenstoff und Eisen – Eisenkarbid ................................................................. 400
Zusammenstellung der Anlass- und Glühfarben ................................................................................................ 401
Stichwortverzeichnis ......................................................................................................................................... 402

1 Einleitung
1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der Fügetechnik
In der Prozesskette bei der Herstellung von Produkten besitzt die Fügetechnik auch von einem wirtschaftlichen
Blickpunkt betrachtet eine stetig zunehmende Bedeutung. Am besten darstellen lässt sich diese Bedeutung am
Anteil der Füge- und Schweißtechnik an der gesamten Wertschöpfung, die bei der Produktfertigung beigetragen
wird. Zwei allgemeine Effekte sind dabei zu unterscheiden: zum einen die Produktion von Gütern für die Fügetechnik
und zum anderen die Anwendung der Fügetechnik in verschiedenen Branchen. Nachfolgend werden
einige Zahlen für das Jahr 2007 erläutert.
Produktion und Dienstleistungen der Fügetechnik
Der erste Effekt: die Produktion von verbundenen Gütern und Dienstleistungen für das Fügen (Ausrüstungen,
Füllstoffe, Hilfswerkstoffe, Gesundheit und Sicherheit sowie Schulung und Ausbildung) hat eine Auswirkung
auf die gesamte Wertschöpfung und die deutsche sowie die europäische Wirtschaft. Die gesamte Wertschöpfung
durch diesen Effekt beläuft sich auf 1,86 Milliarden € in Deutschland, die von 32.000 Beschäftigten geschaffen
wird. In Europa beläuft sich die gesamte Wertschöpfung auf 6,60 Milliarden € und wird von 122.000
Beschäftigten geschaffen. Der zweite Effekt: die Anwendung der Fügetechniken generiert eine Wertschöpfung
in zahlreichen Branchen. Die Gesamt-Wertschöpfung durch diesen Effekt beläuft sich auf 22,50 Milliarden € in
Deutschland und wird von 447.000 Beschäftigten geleistet. In Europa beläuft sich die von 2,5 Millionen
Beschäftigten generierte Gesamt-Wertschöpfung auf 90,5 Milliarden €.
Die Fügetechnik stellt eine Querschnittstechnologie dar, die in und für zahlreiche Sektoren eingesetzt wird.
Im Hinblick auf die eingesetzten Werkstoffe und die angewandten Technologien bestehen enge Beziehungen
zwischen den Herstellern, Zulieferern, Kunden und Anwendern.
Anwendung der Fügetechnik
In Deutschland führten die Herstellung und Anwendung der Fügetechnik in 2007 zu einer Wertschöpfung von
24,4 Milliarden € bei Beschäftigung von 478.000 Menschen. Im Vergleich zu den vorherigen Zahlen für 2003,
die eine Wertschöpfung von 22,8 Milliarden € feststellten, hat sich die Wertschöpfung inzwischen um fast 7 %
erhöht. Der vorhergehende Expertenbericht gab eine Beschäftigtenzahl von 557.000 Personen an und somit
80.000 Beschäftigte mehr als im jetzigen Expertenbericht. Die Beschäftigtenzahlen für 2007 und 2003 sind aber
nur eingeschränkt vergleichbar. Im Prinzip spielten aber auch die gesteigerten Arbeitsproduktivitäten in den
einzelnen Wirtschaftsbranchen und der technische Fortschritt eine Rolle.
Wertschöpfung und Beschäftigtenzahlen in Europa und Deutschland
Die Wertschöpfung durch die Herstellung und Anwendung der Fügetechnik in Europa belief sich auf ungefähr
97 Milliarden € im Jahr 2007. Dies entspricht dem 4-Fachen des entsprechenden Werts in Deutschland. Mit
dieser Wertschöpfung waren mehr als 2,6 Millionen Beschäftigte in Europa im Jahr 2007 verbunden. Die
Beschäftigtenzahl in Verbindung mit der Herstellung und Anwendung der Fügetechnik in Europa ist fast
fünfmal so hoch wie die entsprechenden Beschäftigtenzahlen für Deutschland.
Nur ein sehr geringer Anteil (970 Millionen €) der Gesamt-Wertschöpfung in Deutschland durch die Fügetechnik
(24,4 Milliarden €) war auf die Herstellung von fügetechnischen Geräten zurückzuführen. Etwa 16.000
Menschen in Deutschland waren im Jahr 2007 in diesem Bereich beschäftigt. Die Herstellung der erforderlichen
Zusatzgüter für die Fügetechnik ergab eine Wertschöpfung von 890 Millionen €, die von weiteren 16.000
Beschäftigten in Deutschland im Jahr 2007 erwirtschaftet wurden. Der Hauptanteil der Wertschöpfung wurde
jedoch nicht durch die Herstellung von Fügetechnik geschaffen, sondern durch die Anwendung der Fügetechnik
in den fügeintensiven Sektoren. In der deutschen Volkswirtschaft kommt auf eine Wertschöpfungseinheit durch
die Herstellung von fügetechnischen Geräten fast eine weitere Einheit durch die Herstellung von Zusatzgütern,
aber nicht weniger als 23 Einheiten durch die Anwendung der Fügetechnik. Bei Betrachtung der Beschäftigungssituation
ist die Hebelwirkung sogar noch ausgeprägter: Auf einen Mitarbeiter in der Herstellung
von Fügetechnik kommt nicht weniger als ein Beschäftigter bei der Herstellung von Zusatzgütern sowie 30
Beschäftigte, die mit der Anwendung der Fügetechnik befasst sind.
1

Auf europäischer Ebene ist ein ähnliches Verhältnis der individuellen Beiträge zum Gesamteffekt wie in
Deutschland festzustellen. Ein geringer Anteil (2,6 Milliarden €) der Gesamt-Wertschöpfung durch die Fügetechnik
in Europa (97 Milliarden €) war auf die Herstellung von fügetechnischen Geräten zurückzuführen. Etwa
55.000 Menschen sind in diesem Bereich beschäftigt. Die Herstellung der erforderlichen Zusatzgüter führte zu
einer Wertschöpfung von 4 Milliarden € bei einer Beschäftigtenzahl von 68.000 in Europa im Jahr 2007. Der
Hauptanteil der Wertschöpfung wurde jedoch durch die Anwendung der Fügetechnik in den fügeintensiven
Sektoren geschaffen. In Europa ist eine von 38 Einheiten Wertschöpfung auf die Herstellung von fügetechnischen
Geräten zurückzuführen, ungefähr 1,5 Einheiten auf die Herstellung von Zusatzgütern und ungefähr
35 Einheiten auf die Anwendung der Fügetechnik. Im Hinblick auf die Beschäftigungssituation ist die Hebelwirkung
sogar noch ausgeprägter: auf einen Beschäftigten bei der Herstellung von Geräten kommen nicht
weniger als ein Beschäftigter bei der Herstellung von Zusatzgütern sowie fast 46 Beschäftigte, die mit der
Anwendung der Fügetechnik befasst sind.
Die grundlegenden Größenordnungen der einzelnen Beiträge zum Gesamteffekt sind in allen Ländern vergleichbar:
Von der Fügetechnik geht eine starke Hebelwirkung aus. Durch die Herstellung von Fügetechnik wird nur
ein kleiner Beitrag zur Wertschöpfung und zur Beschäftigtenzahl geleistet. Wertschöpfung und Beschäftigung
werden hauptsächlich durch die Anwendung der Fügetechnik in den fügeintensiven Sektoren geschaffen.
2

1.2 Entwicklung der Schweißtechnik
Antike und Mittelalter
Bild 1.2-1. Ägyptischer Goldschmied beim Hartlöten mit
Holzschmiedefeuer und Blasrohr. Theben, 1475 v. Chr.
[5].
Bild 1.2-2. Griechische Werkstatt zum Schmieden und
Feuerschweißen, 500 v. Chr. [5].
Bild 1.2-3. Bronzegefäß aus China, um 1700 v. Chr. [3].
Als ältestes Verfahren der thermischen Fügetechnik
gilt das Hartlöten, das bereits in Ägypten um 3800 v.
Chr. bekannt war. Bereits 1000 Jahre danach war ein
hochentwickelter Stand der Hartlöttechnik erreicht, wie
Funde von Schmuckgegenständen aus den sumerischen
Königsgräbern belegen. Die Grundwerkstoffe waren
Gold, Silber, Kupfer und Bronze. Die Wärmeeinbringung
erfolgte mit Hilfe eines Holzkohlefeuers und
Blasrohres (Bild 1.2-1).
Das Weichlöten war nachweislich in Griechenland
bereits ab etwa 2000 v. Chr. bekannt, ist aber vermutlich
wesentlich älter. Um 300 v. Chr. wurde es bereits
unter Einsatz von Lötkolben im gesamten Mittelmeerraum
ausgeführt.
Das Feuerschweißen durch Verschmieden von Gold
und Kupfer wurde in Mesopotamien bereits ab 3200 v.
Chr. angewandt. Das Feuerschweißen von Stahl wurde
in Anatolien (Hethiter) ab 1700 v. Chr. und in Griechenland
ab 1000 v. Chr. beherrscht (Bild 1.2-2). Ab
800 v. Chr. sind feuergeschweißte Fundstücke in Mitteleuropa
(Hallstattkultur) nachzuweisen. Aus dem
Mittelalter gibt es zahlreiche Beispiele für hervorragende
handwerkliche Leistungen auf dem Gebiet des
Feuerschweißens wie Waffen, Rüstungen und Ketten.
Durch Entwicklung wasserbetriebener und schließlich
dampfbetriebener Schmiedehämmer konnten zunehmend
größere Werkstücke feuergeschweißt werden, z.
B. Schiffsanker und Schweißstahl-Wellen.
Das Schmelzschweißen durch Ausgießen der eingeformten
Nahtstelle mit flüssigem Metall wurde ab etwa
3000 v. Chr. in Mesopotamien für Blei angewendet, z.
B. für die verschweißten Bleiwannen der Hängenden
Gärten der Semiramis (580 v. Chr.). In China diente
das Gießschmelzschweißen um 1400 v. Chr. zur Herstellung
von Opfergefäßen aus Bronze (Bild 1.2-3).
Autogentechnik
Der anfangs verwendete Begriff Autogenschweißen ist
eine Zusammensetzung aus griech. „auto“ (= selbst)
und lat. „genere“ (= erzeugen) und wurde erstmals
1840 von dem Franzosen de Richemont für die von
ihm erfundene Arbeitsweise zum Fügen von Bleiblechen
durch Zusammenschmelzen mit einer Wasserstoff-Luft-Flamme
gewählt. Nachdem Linde 1898 die
Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft entwickelt
hatte, konnte die Verbrennungsluft durch reinen Sauerstoff
ersetzt und dadurch die Flammentemperatur erheblich
gesteigert werden. Wiss konstruierte 1900 einen
für Stahl geeigneten Wasserstoff-Sauerstoff-
Schweißbrenner.
3

Mit der großtechnischen Erzeugung von Calciumcarbid durch Wilson (1892) und dem Bau von Acetylen-
Großentwicklern (1897) verdrängte das Acetylen zunehmend den Wasserstoff als Brenngas, nachdem es Fouché
1903 gelungen war, Acetylen-Sauerstoff-Brenner zu bauen. Die Entwicklung des Brennschneidens erreichte mit
dem von Wiss patentierten Schneidbrenner mit zentraler Schneidsauerstoffdüse (1904) den technischen Durchbruch.
Bis ca. 1920 war das Gasschweißen das dominierende Schmelzschweißverfahren, wurde anschließend jedoch
durch das Lichtbogenschweißen zunehmend verdrängt. Demgegenüber stellt das Brennschneiden bis heute ein
wichtiges Verfahren zum thermischen Trennen dar, insbesondere zum Vorbereiten der Werkstücke für das
Schweißen.
Aufbauend auf der Entwicklung des Autogenbrenners erfand Goldschmidt 1899 das aluminothermische
Schweißen. Dieses Verfahren ermöglicht mit geringem gerätetechnischen Aufwand, flüssigen Stahl für das
Gießschmelzschweißen zu erzeugen. Damit wird bis heute das Schweißen von Schienenstößen vorgenommen.
Lichtbogenschmelzschweißen
Bereits 1792 berichtet der Göttinger Professor Lichtenberg:
„Ich habe in diesen Tagen mittels der künstlichen Elektrizität etwas angerichtet, was sich bisher nur der
künstliche Blitz vorbehielt, nemlich eine Uhrfeder und eine englische Feder Messer Klinge so zusammen
geschmoltzen, dass ein Theil der Uhrfeder und der Messer Klinge in einen Tropfen zusammenliefen.“
Doch erst die Entdeckung des stationären Lichtbogens durch Petrow (1803) und Davy (1809) und die Entwicklung
von leistungsfähigen Stromerzeugern von Siemens (1867) schufen die Voraussetzungen zum Lichtbogenschweißen.
Dem Russen Benardos gelang es 1885, einen Lichtbogen zwischen nicht abschmelzender Kohleelektrode und
Werkstück zum Schmelzschweißen von Metallen nutzbar zu machen. Dazu wurde die Kohleelektrode am Minuspol
angeschlossen und eventuell benötigter Zusatzwerkstoff als stromloser Draht abgeschmolzen. Bis heute
wird der Lichtbogen mit Graphitelektrode zum Lichtbogenfugen angewandt.
Der russische Bergingenieur Slawjanow benutzte 1890 metallischen Zusatzdraht als Elektrode, so dass durch
den Lichtbogen sowohl das Werkstück auf- als auch die Elektrode abgeschmolzen wurde. Die Verwendung
einer Elektrodenumhüllung (Kjellberg 1907), einer Pulveraufschüttung (Unterpulverschweißen 1936) oder eines
Schutzgases (Metall-Schutzgasschweißen 1948) führte zu verbesserter Luftabschirmung der Schweißstelle und
damit zur vielseitigen Anwendung des Lichtbogenschweißens.
Beim Verfahren von Zerener (1889) brannte der Lichtbogen zwischen zwei Kohleelektroden unter gleichzeitiger
Zuführung eines stromlosen Zusatzdrahtes und unter Verwendung von Wasserstoff als Schutzgas. Zwar erlangte
dieses Verfahren keine größere Bedeutung, kann jedoch als ein Vorläufer des Wolfram-Schutzgasschweißens
(1937) angesehen werden.
Widerstandsschweißen
Der Amerikaner Thomson machte 1867 die beim Stromdurchfluss von Metall entstehende Widerstandserwärmung
für das Pressstumpfschweißen nutzbar. Um 1888 erfand der Russe Bernados das Punktschweißen mit
Graphitelektroden, die 1897 in den USA durch Kupferelektroden ersetzt wurden. Wenige Jahre später folgten
bereits das Buckel- und Rollennahtschweißen (1907). Eine Weiterentwicklung für das Stumpfschweißen großer
Querschnitte stellt das Abbrennstumpfschweißen (1913) dar.
Neuzeitliche Schweißverfahren
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entstanden vielfältige neue Schweißverfahren. Eine Entwicklungsrichtung
zum Schweißen in festem Zustand ohne oder mit nur geringer Wärmezufuhr führte auf das Kaltpress-,
Spreng-, Rotationsreib-, Ultraschall- und Diffusionsschweißen. Eine andere Entwicklungsrichtung nutzte hochfokussierte
Energiequellen wie den Plasma-, Elektronen- und Laserstrahl, um den Wärmeeinfluss beim Schweißen
zu reduzieren. Die jüngsten Verfahren stellen das Laser-Hybridschweißen und der Cold-Metal-Transfer-
Prozess dar.
Schlussbemerkung
Die stürmische Entwicklung auf dem Gebiet der Schweißtechnik führte schon in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts
zu technisch-wissenschaftlichen Zusammenschlüssen, aus denen 1947 der Deutsche Verband für
4

Schweißen und verwandte Verfahren e. V. (DVS) hervorging. Die Gründung schweißtechnischer Hochschulinstitute
nahm in Berlin (1923) und Braunschweig (1926) ihren Ausgang.
Tabelle 1.2-1. Entwicklung der Metallschweißprozesse.
etwa 3800 v. Chr. Hartlöten
etwa 3200 v. Chr. Feuerschweißen von Gold, Silber, Kupfer, Bronze
etwa 3000 v. Chr. Schmelzschweißen
2000 v. Chr. Weichlöten
etwa 1700 v. Chr. Feuerschweißen von Stahl
Kohlelichtbogenschweißen
1890 Schweißen mit abschmelzender Metallelektrode
Widerstandsschweißen
Luftverflüssigung
1900 Lösen von Acetylen in Aceton
Gasschweißbrenner
Brennschneiden
Umhüllte Elektroden
1910
1920
1930
Unterpulverschweißen
Wolfram-Inertgasschweißen
1940
Metall-Intergasschweißen
Kaltpressschweißen
Reibschweißen
1950 Ultraschallschweißen
Metall-Aktivgasschweißen
Elektronenstrahlschweißen
Plasmaschneiden und -schweißen
1960 Diffusionsschweißen
Laserstrahlschweißen und -schneiden
1970
1980
Schweißroboter
1990
Elektronische Schweißstrom-
Quellen (Inverter)
Rührreibschweißen
2000
2010
Laser-Hybridschweißen
MSG-Hochleistungsschweißprozesse
Literatur
[1] Bernsdorf, G.: Auf heißen Spuren vom Schmieden, Löten, Schweißen. VEB-Fachbuch Verlag, Leipzig
1986, Lizenzausgabe: DVS Media, Düsseldorf 1986.
[2] Fodor, E. de: Die elektrische Schweißung und Löthung. Verlag Hartleben, Leipzig 1892. Faksimile-
Ausgabe DVS Media, Düsseldorf 1980.
[3] Puschner, M.: 5 Jahrtausende Schweißen – Eine Frühgeschichte der Schweißtechnik. DVS Media, Düsseldorf
1986.
[4] Wolters, J.: Zur Geschichte der Löttechnik. Firmenschrift der Fa. Degussa, Hanau 1975.
[5] Behnisch, H., und G. Aichele: Die Schweißtechnik im Wandel der Zeiten – Vom Schmiedefeuer zum Laserstrahl.
DVS Media, Düsseldorf 2005.
5

1.3 Definition des Schweißens und Prozessbegriffe
Nach DIN 8580 gehört bei der Einteilung der Fertigungsverfahren das Schweißen zur Hauptgruppe 4 „Fügen“,
und zwar als Untergruppe:
Fügen durch Stoffverbinden.
Definition des Begriffes Schweißen nach DIN 1910-100:
Fügeprozess, bei dem zwei oder mehr Teile verbunden werden, wobei eine Kontinuität der
Werkstoffe der zu verbindenden Teile hergestellt wird, unter Anwendung von Wärme oder
Kraft oder beiden und mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff.
Bild 1.3-1. Definition.
Das Schweißen kann durch Schweißhilfsstoffe ermöglicht oder erleichtert werden. Die in der Schweißzone wirkende
Arbeit wird von außen durch Energieträger zugeführt.
Die Schweißprozesse lassen sich wie folgt einteilen:
Bild 1.3-2. Einteilung der Schweißprozesse.
Als Energieträger finden feste Körper (Heizelemente), Gase (Gasschweißen), Flüssigkeit (Schmelze beim
aluminothermischen Schweißen), Strahlen (Elektronen- oder Laserstrahl), Bewegung (Reibungswärme) sowie
elektrische Gasentladung (Lichtbogen) Anwendung.
Als Grundwerkstoffe kommen außer Metallen auch andere Materialien wie Kunststoffe in Betracht.
Der Zweck des Schweißens kann Verbinden oder Beschichten sein:
• Verbinden (Verbindungsschweißen)
Verbinden ist ein Vereinigen von zwei oder mehreren Teilen eines artgleichen Werkstoffes oder unterschiedlicher
Werkstoffe zu einer Einheit. Sie gilt als unlösbar, da sie nicht mit einfachen Mitteln wieder gelöst und
zusammengesetzt werden kann (vgl. lösbare mechanische Verbindung: Schraubverbindung, Kupplung; unlösbare
mechanische Verbindung: Nieten, Bördeln).
6

• Beschichten (Auftragschweißen)
Beschichten ist das Auftragen eines Werkstoffes durch Schweißen zum Ergänzen bzw. Vergrößern des Volumens
oder zum Schutz gegen Korrosion bzw. Verschleiß. Das Auftragschweißen besteht aus einer oder mehreren
sich meist überdeckenden Schweißraupen oder Schweißlagen.
Bei Auftragschweißungen unterscheidet man zwischen folgenden Begriffen:
– Panzerungen (Schweißpanzern)
Verwendung eines vorzugsweise verschleißfesten Auftragwerkstoffes, z. B. für Baggerschaufelkanten oder
Prallschutzbereiche bei Steinbrechern.
– Plattierungen (Schweißplattieren)
Verwendung eines vorzugsweise chemisch beständigen Auftragwerkstoffes.
– Pufferschichten (Puffern)
Verwendung eines Auftragwerkstoffes mit solchen Eigenschaften, dass zwischen nicht artgleichen Werkstoffen
eine beanspruchungsgerechte Bindung erzielt werden kann, z. B. für Auftragschweißungen auf rissanfälligen
Stählen.
Der Ablauf des Schweißens wird folgendermaßen unterteilt:
• Schmelzschweißen
Hier entsteht die Verbindung durch örtlich begrenzte Erwärmung bis kurz oberhalb der Liquidustemperatur,
wobei die in Schmelzfluss versetzten Kanten der zu verbindenden Werkstücke sowie der (meist) verwendete
Zusatzwerkstoff ineinander fließen und anschließend erstarren (Schweißen ohne Anwendung von Kraft mit oder
ohne Schweißzusatz).
Bild 1.3-3. Lichtbogenhandschweißen [nach 1].
Bild 1.3-4. Gasschmelzschweißen [nach 1].
• Pressschweißen
Hier entsteht die Verbindung durch örtlich begrenzte Erwärmung (u. U. bis zum Schmelzen) mit nachfolgendem
Hämmern oder Pressen (Schweißen unter Anwendung von Wärme und Kraft ohne Schweißzusatz).
Bild 1.3-5. Zweiseitiges Punktschweißen [nach 1]. Bild 1.3-6. Feuerschweißen [nach 1].
7

Die Art der Fertigung wird als Mechanisierungsgrad in vier Stufen eingeteilt, die in DIN 1910-100 beispielhaft
aufgeführt werden:
Bild 1.3-7. Mechanisierungsgrade [nach 1].
Literatur
[1] DIN 1910-100 (2008-02): Schweißen und verwandte Prozesse – Begriffe – Teil 100: Metallschweißprozesse
mit Ergänzungen zu DIN EN 14610:2005. Beuth Verlag, Berlin.
[2] DIN 8580 (2003-09): Fertigungsverfahren – Begriffe, Einteilung. Beuth Verlag, Berlin.
8

2 Metallische Werkstoffe und deren Verhalten beim Schweißen
2.1 Schweißbarkeit
Die Bauteilherstellung beginnt beim Konstrukteur, der für die „bauliche Durchbildung“ verantwortlich ist. Er
bilanziert die im Bauteil vorhanden Spannungen und gleicht sie mit den zulässigen Spannungen der infrage
kommenden Werkstoffe unter Berücksichtigung einer ausreichenden Sicherheit ab. Ferner hat er neben der
Festigkeit auch weitere Eigenschaften wie Korrosions- bzw. Verschleißbeständigkeit sowie die Werkstoffkosten
zu berücksichtigen. Außerdem obliegt dem Konstrukteur in der Regel die Auswahl des geeigneten
Fügeverfahrens. Dabei kommen das kraftschlüssige Schrauben, das kraft- oder formschlüssige Nieten, das
Löten, das Kleben oder das Schweißen in Frage. Dies kann, auch wenn alles nach technischen Regeln fachgerecht
und ordnungsgemäß ausgeführt wurde, dennoch mit einem gewissen Restrisiko im Betrieb hinsichtlich
eines möglichen Versagens verbunden sein. Dieses Restrisiko zu minimieren ist nun Aufgabe sowohl der
Konstruktion wie auch der Fertigung. Es ist leicht ersichtlich, dass beide am gleichen Strang ziehen und von
daher diese beiden Sparten unbedingt miteinander kommunizieren müssen. Unterbleibt dies, ist im
ungünstigsten Fall der Schaden vorprogrammiert. Insofern ist ein vernetztes Denken zwischen den drei
klassischen Teildisziplinen Konstruktion, Fertigung und Werkstoffe erforderlich, die im Falle des Schweißens
zusammengefasst als so genannte Schweißbarkeit eines Bauteils im DIN-Fachbericht ISO/TR 581 beschrieben
und im weiteren Verlauf auszugsweise erläutert wird.
Der Begriff „Schweißbarkeit“ wird oft fälschlicherweise auch als Synonym für die Schweißeignung verwendet.
Die Frage: „Ist der Werkstoff schweißbar?“ ist höchst unpräzise und lässt sich ohne weitere Überlegung sofort
mit einem „ja“ beantworten. Wesentlich präziser sind dagegen die Fragen: „Eignet sich der Werkstoff zum
Schweißen?“ oder „wie verhält er sich beim Schweißen?“
Insofern ist der Begriff „Schweißbarkeit eines
Bauteils“ inhaltlich sehr weit gefasst und gliedert
sich als Bewertungsgröße auf in die Teilbereiche
(Bild 2.1-1):
– Schweißeignung des Werkstoffes,
– Schweißsicherheit der Konstruktion und
– Schweißmöglichkeit der Fertigung.
Die Schweißbarkeit des Bauteils ist dann
gegeben, wenn der Stoffschluss durch Schweißen
mit geeigneten Prozessen und Abläufen so
Bild 2.1-1. Darstellung der Schweißbarkeit [1].
erfolgen kann, dass die für den jeweiligen
Verwendungszweck ausreichende Belastbarkeit
während der projektierten Lebensdauer des Bauteils zu angemessenen Kosten gewährleistet ist. Die Schweißbarkeit
ist dabei umso günstiger, je weniger die einzelnen Einflussgrößen zu beachten sind.
Schweißeignung
Die Schweißeignung des Werkstoffs wird durch seine chemische Zusammensetzung wie auch von seinen
metallurgischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt. Alles, was von der chemischen Zusammensetzung
des Werkstoffs ausgeht, soll anhand der nachstehenden Auflistung kurz beleuchtet werden:
Sprödbruchneigung:
Das spröde Bruchverhalten ist höchst unerwünscht, weil es plötzlich, ohne jegliche Vorwarnung eintritt.
Alterungsneigung:
Die Alterung beschreibt im Allgemeinen die zeitlich fortschreitende Versprödung eines Werkstoffs.
Härtungsneigung:
Nicht nur der „aufhärtende“ Kohlenstoff in umwandelnden Stählen, sondern auch die C-Diffusions-behindernden
Legierungselemente tragen zu einer Aufhärtung bei.
Heißrissneigung:
Darunter versteht man die Rissbildung, die im Schweißgut und / oder in der Wärmeeinflusszone bei hohen
Temperaturen auftreten kann.
9

Schmelzbadverhalten:
Einige Verunreinigungen wie Sauerstoff und Schwefel
senken die Oberflächenspannung bzw. Verändern den
Oberflächenspannungs-Temperaturgradienten des
Schmelzbades. Dies führt bereits bei kleinsten Gehalten
zu einer Umkehrung der Strömungsrichtung und damit
zu einer Änderung der Nahtgeometrie (Marangonie-
Konvektion) (Bild 2.1-2).
Verdampfungstemperatur:
Legierungselemente mit niedriger Verdampfungstemperatur
verursachen beim Schweißen Poren.
Sauerstoff 0,010 % 0,015 %
©FH GE
Strömungsrichtung
1 mm
Bild 2.1-2. Einfluss des Sauerstoffgehalts auf die
Nahtgeometrie beim WIG-Schweißen mit identischen
Schweißparametern und nominell gleicher Werkstoffzusammensetzung
(X5CrNi 18-10).
Schmelzbereich:
Dieser liegt zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur und verleiht dem Schweißbad eine gewisse
Modellierfähigkeit, was bei reinen Metallen mit einem definierten Schmelzpunkt nicht der Fall ist.
Die metallurgischen Eigenschaften beziehen sich auf Merkmale wie Seigerungen, Einschlüsse, Anisotropie,
Korngröße und Gefügeausbildung im Werkstoff.
Beim Schweißen sind auch Kenntnisse der folgenden physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs wichtig:
Ausdehnungsverhalten:
Je höher der Ausdehnungskoeffizient ist, umso größer ist der Verzug der Schweißteile oder – wenn eine
Spannvorrichtung benutzt wird – die verbleibenden Eigenspannungen im Bauteil.
Wärmeleitfähigkeit:
Je höher die Wärmeleitfähigkeit eines Werkstoffs ist, umso rascher fließt die Wärme von der Schweißstelle
ab. In dieser Beziehung erweist sich Kupfer mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit als schlecht schweißgeeignet.
Demgegenüber besitzen austenitische CrNi-Stähle eine vergleichsweise sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit
und stauen entsprechend die Wärme beim Schweißen und dem nachfolgenden Abkühlen. Dies
muss beim Schweißprozess beachtet werden.
Schmelzpunkt:
Die Höhe des Schmelzpunkts bei reinen Metallen gibt in Verbindung mit der spezifischen Wärmekapazität
und der latenten Schmelzwärme Auskunft, wie der Energiebedarf beim Schweißen zu bemessen ist.
Festigkeit und Zähigkeit:
Grundsätzlich steht die Festigkeit in Konkurrenz zur Zähigkeit; somit verhalten sich hoch- und höherfeste
Werkstoffe zunehmend spröde, was beim Schweißen zu beachten ist.
Schweißsicherheit
Eine geschweißte Konstruktion muss sicher sein! Diese Sicherheit ist dann vorhanden, wenn mit dem
verwendeten Werkstoff das Bauteil aufgrund seiner konstruktiven Gestaltung unter den vorherrschenden
Betriebsbedingungen funktionsfähig bleibt. Im Übrigen muss die Konstruktion nicht nur werkstoffgerecht,
sondern auch schweißgerecht gestaltet sein. Die hier eingehenden Faktoren sind mannigfaltig und werden
ebenfalls nur beispielhaft aufgelistet:
Konstruktive Gestaltung
Kraftfluss im Bauteil:
Es ist ein möglichst gleichmäßiger Kraftfluss anzustreben. Daher ist bei dynamischer Belastung eine I-Naht
am Stumpfstoß gegenüber einer Kehlnaht am T-Stoß zu bevorzugen.
Anordnung der Schweißnähte:
Sie können quer (ungünstiger) oder längs (günstiger) zur Hauptbeanspruchungsrichtung verlaufen. Des
Weiteren sollen kreuzende Nähte oder Nahtanhäufungen vermieden werden, da sie den rissbegünstigenden
dreiachsigen Spannungszustand fördern.
Werkstückdicke:
Bei großen Blechdicken können metallurgische Unregelmäßigkeiten im Querschnitt auftreten. Darüber hinaus
stellt sich mit zunehmender Blechdicke der dreiachsige Spannungszustand ein. Gleichfalls geht mit
zunehmender Blechdicke die zweidimensionale Wärmeableitung in die dreidimensionale über, was eine
schnellere Abkühlung zur Folge hat.
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Kerbwirkung:
Kerben weisen eine örtliche Spannungskonzentration auf, die unter dynamischer Belastung zum vorzeitigen
Versagen des Bauteils führen können.
Steifigkeitsunterschiede:
Schroffe Blechdickensprünge wirken sich ungünstig auf den Kraftfluss aus. Um diesen homogener verlaufen
zu lassen, sollten die Querschnittsübergänge abgeschrägt werden.
Beanspruchungszustand
Art und Größe der Spannungen im Bauteil:
Je nach Belastung können es Zug-, Druck-, Schub- oder Biegespannungen sein. Vom zeitlichen Verlauf
können sie vorwiegend ruhend (statisch) oder vorwiegend nicht ruhend (schwellend oder wechselnd) sein.
Grundsätzlich gilt dabei, Schweißnähte nicht in Zonen hoher Beanspruchung zu legen.
Räumlichkeitsgrad der Spannungen:
Gegenüber einer einachsigen Zugbeanspruchung mit homogener Spannungsverteilung wirkt sich der
dreiachsige Spannungszustand verformungsbehindernd und damit versprödend aus.
Beanspruchungsgeschwindigkeit:
Im Unterschied zur ruhenden Belastung führt eine Stoß- oder Schlagbeanspruchung zu einer Werkstoffverfestigung
und -versprödung.
(einwirkende) Temperaturen:
Bei tiefen Temperaturen verhalten sich – mit Ausnahme der kfz-Metalle – die Werkstoffe spröde, bei hohen
Temperaturen dagegen zäh. Deshalb ist im ersten Fall eine Kaltzähigkeit gefordert. Im zweiten Fall ist
dagegen eine ausreichende Warmfestigkeit gefordert.
Korrosion:
Den vielfältigen Korrosionsformen ist insofern Rechnung zu tragen, in dem möglichst Spalte vermieden und
Schweißnähte sich mit ihren Eigenspannungen nicht mit geometrischen Kerbspannungen überlagern.
Selbstverständlich ist das Bauteil auch prüfgerecht zu gestalten, um mit den Methoden der zerstörungsfreien
Prüfung die Schweißnaht hinsichtlich möglicher Unregelmäßigkeiten kontrollieren und bewerten zu können.
Schweißmöglichkeit
Die Schweißmöglichkeit für einen Schweißprozess ist vorhanden, wenn die an einer Konstruktion vorgesehenen
Schweißnähte unter den gewählten Fertigungsbedingungen fachgerecht hergestellt werden können. Hierbei ist
auch sicherzustellen, dass der gewählte Schweißprozess bereits im Unternehmen vorhanden ist. Sonst muss in
entsprechende Maschinen investiert oder eine Fremdfertigung erwogen werden. Bei der Fertigung von
abnahmepflichtigen Bauteilen sind bei manuellen Prozessen Schweißer mit gültiger Schweißer-Prüfungsbescheinigung
nach DIN EN 287-1 erforderlich und bei mechanisierten oder automatisierten Prozessen bedarf
es einer Qualifizierung nach DIN EN ISO 15607.
Vorbereitung zum Schweißen
Schweißstoßarten:
Damit wird beschrieben, wie die Teile vor dem Schweißen „zusammenstoßen“, z. B. Stumpfstoß,
Überlappstoß usw.
Form der Schweißnahtvorbereitung:
Mit zunehmender Blechdicke müssen die Blechflankenkanten so vorbereitet werden, dass die Zugänglichkeit
des Lichtbogens zur Schweißstelle gewährleistet ist. In Abhängigkeit von Werkstoff, Schweißprozess und
Blechdicke wird dies in einer Vielzahl von Normen geregelt.
Ausführung der Schweißarbeiten
Fertigungsablauf:
Neben dem jeweiligen Ablaufprinzip der Fertigung stehen hier beispielsweise Fragen im Vordergrund,
welcher Schweißprozess vorzusehen ist und ob Vorrichtungen zur Bauteilmanipulation benötigt werden.
Wärmeführung:
Zur Erhaltung der Werkstoffeigenschaften ist eine abgestimmte Wärmeführung beim Schweißen einzuhalten.
Darunter versteht man z. B eine erforderliche Vorwärmung, die Einhaltung einer bestimmten Arbeitstemperatur
und eine, wenn nötig, erforderliche Wärmenachbehandlung.
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