• Kohlenstoffgehalt

  -> mit zunehmendem Gehalt wird die Schweißnaht schlechter

  -> > 0,22% C -> kritisch

• Aufhärtung und Versprödung der Naht, max. Härte in WEZ 300-350HV

  -> wenn zu Hart, kann dynamische Belastung nicht mehr aufnehmen

• Mangan

• Verbessert die Schweißeignung

• Schwefel -> Wamverformbarkeit nimmt ab

• Phosphor -> Kaltverformbarkeit nimmt ab

• Stickstoff -> Sprödbruchneigung nimmt zu

• Wasserstoff -> Wasserstoffversprödung

Die Schweißbarkeit eines Bauteils hängt von drei zentralen Faktoren ab, die im schweißtechnischen Dreieck dargestellt werden:

1. Werkstoff (Schweißeignung):

   • Eignet sich der Werkstoff für das gewählte Schweißverfahren? Hierzu zählen Materialeigenschaften wie chemische Zusammensetzung, Schmelzpunkt und Neigung zu Rissen.

2. Konstruktion (Schweißsicherheit):

   • Wie sicher kann das Bauteil geschweißt werden, ohne dass es zu kritischen Fehlern kommt? Dazu gehören Aspekte wie Nahtgestaltung, Bauteilgeometrie und Spannungen.

3. Fertigung (Schweißmöglichkeit):

   • Ist das Bauteil technisch und wirtschaftlich sinnvoll schweißbar? Hierbei spielen Produktionsmethoden, Verfügbarkeit von Ausrüstung und Kosten eine Rolle.

Ein Beispiel für die Antwort könnte sein: Der Werkstoff ist schweißgeeignet, zeigt jedoch bei schneller Abkühlung eine Neigung zu Härterissen, was bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss.

• Grobkornzone:

  • Bei hohen Temperaturen in der Nähe der Schweißnaht kann das Metallkorn wachsen. Dies führt zur Bildung einer "Grobkornzone". Hier ist die Kornstruktur des Metalls grob oder groß. Dies kann die Festigkeit des Materials reduzieren und es anfällig für Risse machen.

• Feinkornzone:

  • Die "Feinkornzone" ist ein Bereich, in dem das Metall eine feine Kornstruktur hat. Dies tritt gewöhnlich auf, wenn das Material schnell gekühlt wird nachdem es erhitzt wurde. Feinkörnige Strukturen neigen dazu, härter und stärker zu sein als grobkörnige Strukturen.

• Korngrenzenausscheidungen:

  • "Korngrenzenausscheidungen" sind Bereiche, in denen sich während des Abkühlprozesses nach dem Schweißen bestimmte Elemente oder Verbindungen an den Körnergrenzen ablagern. Dies kann die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften des Materials beeinflussen.

• Eutektoide Umwandlung:

  • Am A1-Punkt verwandelt sich Austenit (kfz-Gitterstruktur) in eine Mischung aus Ferrit (krz) und Zementit (Perlit). Diese Umwandlung ist essenziell für die Mikrostruktur von Stahl.

  • Dieser Punkt definiert die Grenze zwischen der Austenit-Phase und den Phasen Ferrit und Perlit.

• Bedeutung:

  • Der A1-Punkt beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Stahls, z. B. Härte und Zähigkeit.

  • Beim Schweißen ist die Temperaturkontrolle in Bezug auf den A1-Punkt entscheidend, um ungewollte Gefügeveränderungen zu vermeiden.

KRZ -> alpha - Eisenraumzentriert

-> Geringere Kohlenstofflöslichkeit → Erhöhtes Risiko von Härte- und Kaltrissen.

-> Spröder → Höhere Anfälligkeit für thermische Spannungen und Risse.

-> Schnellere Wärmeableitung → Erfordert Vorwärmung und kontrollierte Abkühlung

- Chrom - Wolfram - Molybdän - Vanadium

KFZ -> gamma - Flächenraumzentriert

-> Duktiler und zäher → Bessere Verarbeitung.

-> Weniger Risse → Besonders wichtig bei hochlegierten Stählen und austenitischen Werkstoffen.

- Aluminium - Kupfer - Nickel - Gold - Platin

Wir bevorzugen Kubischflächenzentrierte (KFZ) Werkstoffe

unerwünscht: Martensit -> Martensit ist beim Schweißen oft unerwünscht, da seine extreme Härte und Sprödigkeit das Risiko für Rissbildung und Brüche erhöhen können -> durch zu schnelles abkühlen

erwünscht: Bainit -> Beim Schweißen ist Bainit aufgrund seiner hohen Festigkeit und gleichzeitig guten Duktilität, die die Gefahr von Rissbildung reduziert, ein erwünschter Gefügebestandteil.

-> Treten bei bei legierten stählen auf

• Martensit entsteht, wenn Austenit sehr schnell abgekühlt wird (Abschreckung). Es hat eine tetragonale Gitterstruktur und ist sehr hart und spröde.

• Bainit hingegen entsteht bei langsamerer Abkühlung von Austenit. Es ist weniger hart als Martensit, aber zäher und weniger spröde. Die Gitterstruktur ist ein Mischgefüge aus Ferrit (krz) und Zementit.

Ja, sind geeignet für Schweißprozesse

Ja, Austenite bis 0,22% Kohlenstoff lässt sich auch schweißen

Nein, sehr spröde

-> Gefahr zur Rissbildung

Ja, aber nur in kombination mit Ferrit

Die Streckenenergie beim Schweißen ist die zugeführte Energie pro Längeneinheit des Schweißvorgangs.

• η′ -> Eta -> Wirkungsgrad des Schweißprozesses (Verhältnis der tatsächlich genutzten Energie zur zugeführten Energie).

• Einheit: dimensionslos (z. B. 0,8 für 80 %).

Der Schweißer kann die Streckenenergie nur mit der

beeinflussen

Strecke/ Zeit = Vs

• Vs schnell -> wenig Energie einbringen

• Vs langsam -> viel Energie einbringen

-> Kohlenstoff + Legierungszusätze

CEF < 0,45% und C < 0,22 gute Schweißeignung

CEF = 0,45% bis0,6%: bedingte Schweißeignung, weil zb Vorwärmen erforderich wird

CEF > 0,6% keine Schweißeignung

Vorwärmen

• Blechdicke

• Wasserstoffgehalt des Schweißgutes

• Streckenenergie

• Kohlenstoffäquivalent

2D:

• Stumpfschweißen dünner Bleche

• Aufschweißung auf die Kante dünner Bleche

3D:

• Aufschweißen einer Naht auf ein dickes Blech

• Kehlnaht zwischen dicken Blechen

Bedeutet, dass die Abkühlzeit zwischen 800°C und 500°C ist

-> wichtig um Martensit zu vermeiden

Ein ZTU-Diagramm (Zeit-Temperatur-Umwandlung) stellt das Phasenumwandlungsverhalten von Metallen, insbesondere von Stahl, in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit dar. Es wird verwendet, um Wärmebehandlungsprozesse wie Härten oder Anlassen zu analysieren.

• um nachweisen zu können, dass die richtigen Schweißparameter gewählt werden zb für den tüv

• Zum abschätzen wie Werkstück abgekühlt werden muss, um gewünschtes Gefüge zu bekommen

• über den C-Gehalt

• über das C-Äquivalent CEV

• über das ZTU-Diagramm

• vorwärmen

• Streckenenergie anpassen

• Vorwärmen vor dem Schweißen

• Zwischenlagentemperatur

• Abkühlen nach dem Schweißen

• Wärmenachbehandlung

Wenn man Rissbildung vermeiden möchte

• Heißriss

  • Ein Heißriss ist ein Defekt, der in metallischen Werkstoffen auftritt, während sie noch heiß oder in einem teigigen Zustand sind, typischerweise während des Schweißens oder Gießens, als Folge von Spannungen und ungleichmäßiger Abkühlung.

• Kaltriss:

  • Ein Kaltriss ist ein Riss, der in Materialien entsteht, häufig in Metallen, infolge von Spannungen, die während der Abkühlphase nach dem Schweißen oder Erhitzen auftreten können.

• mithilfe einer Formel

• oder Software wie zb. Pro-Weld

Vorwärmen beeinflusst das Abkühlen bzw die Abkühlgeschwindigkeit

• Ferrit

• Austenit

• Zementit

• Perlit