4. Fügen + Beschichten

Fügen ist das Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch fester Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt.

Schweißen ist das Vereinigen von Werkstoffen unter Anwendung von Wärme und (oder) Kraft ohne oder mit Schweißzusatzwerkstoffen.

Es kann durch Schweiß-Hilfsstoffe, z.B. Pasten, Pulver oder Gase, erleichtert werden.

Das Vereinigen erfolgt im flüssigen oder im plastischen Zustand der Schweißzone.

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• Freie Gestaltung und Durchführung

• Gewichtseinsparung

• Hochfeste und dichte Verbindung

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• Gefügeänderung in Schweißzone

• Verzug und Schrumpfung am Bauteil

• Nicht alle Metalle sind schweißgeeignet

Press-Verbindungsschweißen und Schmelz-Verbindungsschweißen

Anordnung der durch Schweißen zu verbindenden Werkstücke z.B.

• Stumpfstoß,

• Parallelstoß,

• T-Stoß

Fuge liegt dort, wo die Werkstücke zusammenstoßen

Wie die Naht im Querschnitt ausgeführt ist

• Stumpfnähte,

• Stirnnähte

• Kehlnähte

• Einlagentechnik: einmal durch die Schweißnaht schweißen

  • Schnelles Verfahren, jedoch Heißrissbildung möglich

  • Für saubere Werkstoffe mit Handschweißverfahren geeignet

• Pendellagentechnik: Pendeln des Schweißwerkzeugs

  • Feinkörnigeres Gefüge -> Zähigkeit wesentlich besser

  • Nicht geeignet für thermisch empfindliche Werkstoffe

• Zugraupentechnik: Sehr schnelles Schweißen längs der Naht

  • Ungünstig bei Stählen wegen Versprödung

  • Angewendet bei Schweißarbeiten in Zwangslage

• Normallagen: Schweißnähte in besserer Qualität -> sind immer besser

• Zwangslagen: Ungünstige Haltung des Brenners (quer) -> erheblich längere Schweißzeiten und erfordern spezielle Schweißtechniken und größeres handwerkliches Geschick des Schweißers

Schweißeignung:

• Abhängig von metallurgischen und physikalischen Eigenschaften

• Schweißbar ohne Halbarkeitsminderung?

Schweißmöglichkeit:

• Unter welchen Fertigungsbedingungen ist das Schweißen möglich

• z.B. Zwangslagen und Zugänglichkeit

Schweißsicherheit:

• Sind die Schweißverbindungen durch einen Sicherheitsnachweis erfüllt?

• Bis C von 0,22% —> Gut schweißbar

• Danach nur bedingt möglich bzw. mit Vorbereitung

  • —> Vorwärmen

• Schweißeignung unlegierter Stähle durch Kerbschlagarbeit abschätzen

• Die Schweißeignung niedriglegierter Stähle wird über die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents K eingeschätzt.

  • K ≤ 0,4 ist der Stahl ohne Wärmevor- und -nachbehandlung gut schweißbar,

  • K = 0,4 ... 0,6 nur bedingt schweißbar (Vorwärmung 150 ... 350 °C)

  • K > 0,6 nur mit spezieller thermischer Behandlung schweißbar (Vorwärmung bis 600 °C).

Nach Links

• Geringeres Abschmelzen des Schweißzusatzes (dünne Raupe)

• Dünne bleche

Nach Rechts

• Flammenkern wird direkt auf das Schmelzbad gerichtet

  -> besseres Durchschweißen des Nahtquerschnitts

• dicke Bleche

Herstellungsbedingungen und Maßnahmen zur Gütesicherung von Schweißnähten

• Schweißverfahrensprüfung

• Schweißerprüfung

Sicherstellen, dass Schweißarbeiten nach einer qualifizierten Schweißanweisung durchgeführt werden

• zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen

Technische Fertigkeiten des Schweißers werden geprüft anhand eines genormten Werkstücks

• Thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen

• Flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen

  (Diffusionslöten) entsteht

• Unterschied zum Schweißen: Solidustemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht

1. Verbindungs-Weichlöten

2. Verbindungs-Hochtemperaturlöten

3. Verbindungs-Hartlöten

Ausbreitung einer Grenzfläche auf Werkstück

• Benutzbarkeit ist gut wenn Oberflächenspannung gering ist

Zusammenspiel Adhäsion und Kohäsionskraft.

• Adhäsionskraft -> Zusammenhalt zwischen Lot und WS

• Kohäsionskraft —> Zusammenhalt der Moleküle im Lot

Beim Löten:

• Spalt zu eng-> Lot kann nicht eindringen

• Spalt zu groß -> Kein kapillareffekt

• Lot soll in Spalt laufen

• Ideal: 0,05 bis 0,2 mm

• Temperatur unter 450°

• Anwendung: Elektronik

Temperatur über 450°C

Anwendung: Sanitärbereich, Kupferrohrverbindung

• Vollnieten

• Halbhohlnieten

• Clinchen

  
  

Fügeteil zw. Niederhalter und Matrize -> Durchsetzen und Stauchen —> Durch Breiten oder Fließpressen entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung —> Zurückfahren.

Positionieren -> Fixieren -> Eindringen (schnitt) -> Stanzen -> Formen -> Setzen.

Niete reinstecken -> mit Klotz gegendrücken und mit Niethammer reinklopfen -> Niete wird plattgedrückt

Vorteile

• Anforderungsangepasster Werkstoffeinsatz durch Kombinationsmöglichkeit verschiedener Werkstoffe innerhalb eines Bauteils möglich

• Verbindung beschichteter (metallisch, organisch oder anorganisch) Fügepartner realisierbar

• Zwischenschichten aus Kunst- und Klebstoffen sind prozessverträglich

• Vor- und Nachbearbeitung der Fügestellen nicht erforderlich

• Legierte Werkstoffe werden nicht beschädigt (z. B. durch Verbrennung eines Legierungselements)

• Keine gesundheitsgefährdenden Rauch- und Gasentwicklungen während des Fertigungsprozesses

Nachteile

• Korrosionsgefahr

• Zusatzwerkstoff

• Teuer

• nur überlappend

Fügeverfahren unter Verwendung eines Klebstoffes, der es ermöglicht, die zu fügenden Teile durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und innerer Festigkeit (Kohäsion) zu verbinden, ohne das Gefüge der Körper wesentlich zu verändern

• Großflächige Verbindung

• Keine Schälbeanspruchung erlaubt

• Die Klebeflächen müssen trocken, sauber, fettfrei und leicht aufgeraut sein.

• Die Klebstoffauftrag soll unmittelbar nach der Oberflächenvorbehandlung erfolgen.

• Die Dicke der Klebstoffschicht soll 0,1 mm bis 0,3 mm betragen.

• Während der Aushärtung müssen die Teile gegen Verrutschen gesichert werden.

• Klebstoffe sollen im ungehärteten Zustand nicht mit der Haut in Berührung kommen.

• Die Arbeitsräume sind gut zu lüften, da gesundheitsschädliche Dämpfe auftreten können.

• Der Auswahl des Klebstoffs kommt eine besondere Bedeutung zu (passende Adhäsionspartner Werkstoff/Klebstoff)

Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück Beschichtungsstoffe: metallische, anorganisch-nichtmetallische (z.B. Email, Keramik) und organische (Lacke) Werkstoffe

• Mikroskopisches Verfahren

  • Trennen des Bauteils oder Oberfläche schleifen

• Coulometrisches Verfahren

  • Elektrochemisches Auflösen der Schicht, benötigter Strom als Maß für Schichtdicke

• Wirbelstromverfahren

  • Impedanzänderung gemessen (abhängig von Schichtdicke)

• Magnetinduktives Verfahren

  • Messspule misst den magnetinduktiven Widerstand zur Substratoberfläche

• Kapazitive Messverfahren

  • Elektrische Kapazität zwischen Sonde und Substratoberfläche ist proportional zu Schichtdicke

Porositätsprüfung: Zur Bestimmung des Korrosionsschutzwertes (insbesondere bei galvanischen Schichten)

• Tauchen des Stoffs in einer speziellen Chemikalie (z.B. Ferroxylprüfung mit Blaufärbung “Berliner Blau“)

• Farbintensität als Maß der Porosität

Haftfestigkeit: Die Haftfestigkeit bezeichnet das Haften von Lacken, Druckfarben, Klebstoffen, Abschirmschichten oder anderen Schichten auf der Kunststoffoberfläche.

• Verfahren:

  • Kratztest

  • Stirnzugversuch

  • Thermografische und holografische Untersuchungen

  • Ultraschalluntersuchungen