Die thermische Ausdehnung beim Schweißen ist in erster Linie auf eine ungleichmäßige Erwärmung und Abkühlung zurückzuführen. Die Schweißnahtschrumpfung, die zu Verzug führt, beeinträchtigt die Schweißqualität bei erfahrenen und unerfahrenen Schweißern erheblich. Die Verformung kann durch eine sorgfältige Konstruktion der Verbindungen, die Steuerung des Schweißprozesses und eine effektive Nachbehandlung nach dem Schweißen auf ein Minimum reduziert werden, um den Verzug zu verringern. Hier finden Sie einen detaillierten Überblick über Strategien zur Steuerung und Verringerung von Schweißverformungen:

1. Verstehen der Schweißverformung

Schweißverformung ist ein häufiges Problem, das durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion des Schweißguts und des angrenzenden Grundmetalls entsteht. Diese Verformung kann zu Verzug, Verwerfungen und Restspannungen in der geschweißten Struktur führen. Das Verständnis der Ursachen von Schweißverformungen ist entscheidend für eine wirksame Vorbeugung und Schadensbegrenzung. Zu den Faktoren, die zur Verformung beim Schweißen beitragen, gehören ungleichmäßige Erwärmung und Abkühlung, ungleiche Materialeigenschaften sowie unsachgemäße Abfolge oder übermäßige Wärmezufuhr. Wenn Schweißer diese Faktoren erkennen, können sie Maßnahmen ergreifen, um die Verformung zu minimieren und die strukturelle Integrität des geschweißten Bauteils zu gewährleisten.

1. Optimierung der Konstruktion und der Schweißreihenfolge vor dem Schweißen

Die Konstruktionsphase spielt eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung von Schweißverformungen. Die richtige Konstruktion der Verbindung, die Auswahl des Materials und die Einstellung vor dem Schweißen sind entscheidend für eine minimale Verformung. Konstruktive Überlegungen wie das Ausbalancieren der Schweißnähte um die neutrale Achse und die Kontrolle der Schweißreihenfolge können den Verzug minimieren.

1. Minimierung des Schweißnahtvolumens

• Zielsetzung: Reduzieren Sie die benötigte Menge an Schweißzusatzwerkstoff.

• Methoden:

• Verwenden Sie kleinere Schweißnahtgrößen und erfüllen Sie gleichzeitig die Festigkeitsanforderungen.

• Bevorzugen Sie doppelseitige Rillen gegenüber einseitigen, um Füllmaterial zu sparen.

• Verwenden Sie so wenige Schweißdurchgänge wie möglich mit größeren Elektroden, um die kumulative Schrumpfung und den Verzug zu minimieren.

• Vermeiden Sie Überschweißungen; zu viel Schweißgut erhöht den Wärmeeintrag, die Kosten und das Deformationsrisiko.

1. Die Auswahl des richtigen Gelenktyps

• Stoßfugen: Geringer Bedarf an Schweißzusatzwerkstoffen, ideal für dünne Bleche.

• Überlappungsfugen: Höheres Verformungspotenzial, aber für sekundäre Strukturen geeignet.

• Eckverbindungen: Die Schweißnaht muss richtig dimensioniert sein, um übergroße Schweißraupen zu vermeiden.

• Gestalten Sie die Schweißnaht so, dass sie dem Verzug entgegenwirkt, indem sie einen wirksamen Schrumpfungsspannungsabbau ermöglicht.

1. Materielle Erwägungen

• Anpassung der Schweißverfahren an die Materialeigenschaften:

• Niedriggekohlter und legierter Stahl: Gut geeignet für das Schweißen mit grobem Draht, hohem Strom und minimaler Verformung.

• Hochkohlenstoffhaltiger und rostfreier Stahl: Feinere Drähte und mehrlagiges Schweißen sind erforderlich, um die Wärmekonzentration zu steuern.

1. Verwendung von Vorrichtungen und Vorverformung

• Einrichtungsgegenstände: Sichern Sie die Werkstücke, um ein Verrutschen während des Schweißens zu verhindern.

• Vor der Reformation: Biegen oder positionieren Sie die Werkstücke entgegengesetzt zur erwarteten Verformung. Das Ausmaß der Vorverformung wird experimentell bestimmt.

3. Auswahl und Optimierung von Schweißprozessen

Die Wahl des richtigen Schweißverfahrens minimiert den Verzug und kontrolliert die Schweißnahtschrumpfung. Die verschiedenen Schweißverfahren haben unterschiedliche Wärmezufuhrwerte, die sich auf den Verzug und die Eigenspannungen in der Schweißnaht auswirken können. Verfahren wie MIG- und FCAW-Schweißen erzeugen in der Regel mehr Wärme als WIG- und Stickschweißen, was zu größerem Verzug führen kann.

Bei der Optimierung des Schweißverfahrens müssen Faktoren wie die Art des zu schweißenden Metalls, die Materialstärke und die gewünschte Schweißqualität berücksichtigt werden. Durch die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens und die Optimierung der Parameter können Schweißer den Verzug effektiv minimieren und die Schweißnahtschrumpfung kontrollieren.

Einige Standardschweißverfahren, die zur Minimierung des Verzugs eingesetzt werden, sind:

• WIG-Schweißen: Das WIG-Schweißen ist für seinen geringen Wärmeeintrag und seine hohe Präzision bekannt und wird häufig zum Schweißen dünner Materialien und zur Verringerung des Verzugs eingesetzt.

• MIG-Schweißen: Beim MIG-Schweißen kann zwar mehr Wärme erzeugt werden als beim WIG-Schweißen, doch lässt sich der Verzug durch eine geringere Wärmezufuhr und eine kürzere Schweißraupe minimieren.

• FCAW: Dieses Verfahren wird häufig für das Schweißen dickerer Materialien verwendet und kann durch eine geringere Wärmezufuhr und eine längere Schweißraupe optimiert werden, um den Verzug zu minimieren.

3. Optimierung der Schweißsequenz

Die Optimierung der Schweißreihenfolge ist entscheidend für die Minimierung von Verzug und die Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung. Eine gut geplante Schweißfolge kann dazu beitragen, die durch den Schweißprozess verursachten Spannungen auszugleichen und so die Wahrscheinlichkeit von Verzug zu verringern. Die Schweißsequenz sollte so gestaltet werden, dass die Menge des in einem Durchgang aufgetragenen Schweißguts minimiert wird, da zu viel Schweißgut zu erhöhten Schrumpfungskräften führen kann. Darüber hinaus sollte die Schweißfolge so geplant werden, dass die Längsschrumpfspannungen ausgeglichen werden, um sicherzustellen, dass die Spannungen gleichmäßig über die gesamte Schweißnaht verteilt sind.

Um die Schweißfolge zu optimieren, ist es wichtig, das Verbindungsdesign, die Schweißpositionen und die Vorrichtungen zu berücksichtigen. Die Schweißsequenz sollte so geplant werden, dass die Wärmezufuhr so gering wie möglich ist, da übermäßige Wärme zu einem erhöhten Verzug führen kann. Durch intermittierendes Schweißen lässt sich die Wärmezufuhr steuern und der Verzug minimieren. Die Schweißreihenfolge sollte auch so geplant werden, dass die Schweißnähte um die neutrale Achse herum ausgeglichen sind, um sicherzustellen, dass die Spannungen gleichmäßig über die gesamte Schweißnaht verteilt sind.

2. Prozesssteuerung zur Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung beim Schweißen

Die Steuerung der Wärmezufuhr, der Schweißtechnik und der Schweißreihenfolge hat einen erheblichen Einfluss auf den Verformungsgrad. Um den Verzug effektiv zu minimieren, ist es entscheidend, Konstruktionsstrategien zu berücksichtigen, wie z. B. das Ausbalancieren der Schweißnähte um die neutrale Achse und die Steuerung der Schweißreihenfolge, um die Schrumpfungskräfte auszugleichen und die strukturelle Integrität der Schweißnaht zu erhalten.

1. Schweißen mit geringer Wärmezufuhr

• Verwenden Sie Verfahren, die die Hitze des Schweißlichtbogens minimieren. Schweißen unter Schutzgas (z. B. WIG, MIG) eignet sich für dünne Materialien und eine präzise Steuerung.

• Laserschweißen: Hohe Präzision mit konzentrierter Hitze.

• Plasma-Schweißen: Ideal für dünnwandige Bauteile.

• Zu den Techniken zur Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung gehören die Verwendung einer geringeren Wärmezufuhr und eine effektive Steuerung der Schweißfolge.

1. Intermittierendes Schweißen

• Näherung: Unterteilen Sie lange Schweißnähte in kleinere Abschnitte mit Lücken zwischen ihnen.

• Vorteile: Reduziert das Füllvolumen und den Wärmeeintrag bei gleichbleibender Festigkeit.

1. Weniger Schweißnähte

• Verwenden Sie größere Drähte und weniger Durchgänge, um kumulative Hitze und Verformung zu reduzieren. Bei dünnen oder empfindlichen Materialien sollten Sie Feindrahttechniken mit mehreren Durchgängen bevorzugen.

1. Symmetrisches Schweißen

• Konzept: Schweißen Sie symmetrisch auf beiden Seiten der Verbindung, um die Kontraktionskräfte auszugleichen.

• Anmeldung: Ideal für große oder geometrisch symmetrische Werkstücke.

• Diese Technik hilft bei der Bewältigung von Schwindungsspannungen in Längsrichtung, indem sie die Kräfte ausgleicht und die Verformung reduziert.

1. Optimale Schweißreihenfolge

• Segmentales Schweißen: Unterteilen Sie lange Schweißnähte in Abschnitte und wechseln Sie zwischen ihnen ab, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen.

• Neutralachsiges Schweißen: Beginnen Sie an der neutralen Achse oder in der Mitte des Werkstücks und schweißen Sie nach außen.

1. Stellungsregler

• Stellen Sie das Werkstück auf einen optimalen Winkel ein (z. B. schiffchenförmige Position), um effiziente Schweißmethoden wie größere Drähte oder Techniken mit höherer Stromstärke zu verwenden und so Zeit und Verformung zu reduzieren.

5. Kontrolle der Schweißnaht-Schrumpfung

Die Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung und die Steuerung der Wärmezufuhr sind entscheidend für die Minimierung des Verzugs und die Gewährleistung der strukturellen Integrität der Schweißnaht. Schweißnahtschrumpfung tritt auf, wenn sich das Schweißgut beim Abkühlen zusammenzieht, wodurch sich das umgebende Grundmetall verzieht. Um die Schweißnahtschrumpfung zu kontrollieren, ist es wichtig, die Menge des in einem einzigen Durchgang aufgetragenen Schweißguts zu minimieren. Dies kann durch eine Schweißreihenfolge erreicht werden, die die durch den Schweißprozess verursachten Spannungen ausgleicht.

Durch intermittierendes Schweißen kann die Schweißnahtschrumpfung kontrolliert werden, indem das Schweißgut abkühlen und sich zusammenziehen kann, bevor zusätzliches Schweißgut aufgetragen wird. Diese Technik kann dazu beitragen, die Schrumpfungskräfte zu minimieren und die Wahrscheinlichkeit einer Verformung zu verringern. Darüber hinaus kann ein Schweißtisch oder eine Schweißnut dazu beitragen, die Schweißschrumpfung zu kontrollieren, indem eine gleichmäßige und kontrollierte Umgebung für den Schweißprozess geschaffen wird.

6. Minimierung der Verzerrung

Die Minimierung des Verzugs ist entscheidend für die strukturelle Integrität und Genauigkeit der Schweißnaht. Verzug tritt auf, wenn sich das Schweißgut und das umgebende Grundmetall während des Schweißens ausdehnen und zusammenziehen, wodurch sich die Schweißnaht verzieht oder verbiegt. Die Kontrolle der Schweißreihenfolge und der Wärmezufuhr ist entscheidend für die Minimierung des Verzugs.

Thermisches Spannungsarmglühen kann dazu beitragen, den Verzug zu minimieren, indem die durch den Schweißprozess verursachten Eigenspannungen abgebaut werden. Bei dieser Technik wird die Schweißnaht auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und langsam abgekühlt, um die Spannungen abzubauen. Darüber hinaus kann die Verwendung eines Stützbocks oder einer Schweißvorrichtung dazu beitragen, den Verzug zu minimieren, indem eine starre und kontrollierte Umgebung für den Schweißprozess geschaffen wird.

3. Spezialisierte Techniken und Hilfsmaßnahmen: Intermittierendes Schweißen

1. Wasserkühlung

• Anmeldung: Beim Schweißen von dünnen Blechen sollten wassergekühlte Kupferblöcke verwendet werden, um die Wärme abzuleiten und die durch Überhitzung verursachten Verformungen zu verringern. Diese Techniken minimieren effektiv den Verzug, indem sie den Wärmeeintrag und die Abkühlungsrate steuern.

1. Keilblöcke für die Positionierung

• Verwenden Sie beim Stumpfschweißen Positionierplatten und Keilblöcke, um die Stabilität und Ausrichtung während des Prozesses zu gewährleisten.

1. Synchronisiertes Schweißen

• Mehrkopf-Schweißmaschinen schweißen gleichzeitig für symmetrische Strukturen und gewährleisten eine gleichmäßige Wärmezufuhr und minimale Verformung.

1. Vorwärmen und kontrolliertes Abkühlen

• Vorheizen: Reduziert Temperaturunterschiede und verhindert Risse, insbesondere bei kohlenstoffreichem Stahl.

• Kontrollierte Kühlung: Verwenden Sie eine Isolierung oder eine allmähliche Abkühlung, um thermische Spannungen und Verformungen zu verringern.

1. Schweißen Hämmern

• Beim Peening wird die Schweißraupe durch Dehnung und Ausdünnung verändert, wodurch die durch die Kontraktion verursachten Spannungen abgebaut werden.

9. Schweißtechniken und bewährte Praktiken

Neben der Auswahl des richtigen Schweißverfahrens können Schweißer verschiedene Techniken und bewährte Verfahren anwenden, um den Verzug zu minimieren und die Schweißnahtschrumpfung zu kontrollieren. Einige dieser Techniken sind:

• Intermittierendes Schweißen: Hierbei wird in kurzen Abschnitten geschweißt, so dass das Metall zwischen den Schweißungen abkühlen kann, was zur Minimierung der Verformung beiträgt.

• Balance Schweißnähte: Durch das Ausbalancieren der Schweißnähte um die neutrale Achse kann der Schweißer den Verzug minimieren und die Schweißnahtschrumpfung kontrollieren.

• Längsschwindungsspannungen: Schweißer können die Längsschrumpfspannungen minimieren und die Schweißnahtschrumpfung kontrollieren, indem sie die Schweißnähte in einer Reihenfolge schweißen, die die Schweißnähte gruppiert.

• Verzerrungskontrolle: Schweißer können den Verzug kontrollieren und Eigenspannungen durch Vorwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen minimieren.

Einige bewährte Verfahren zur Minimierung von Verzug und zur Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung sind:

• Ein Schweißtisch oder eine Schweißvorrichtung hält das Werkstück an seinem Platz und verhindert Bewegungen während des Schweißens.

• Sicherstellen, dass die Schweißnaht vor dem Schweißen ordnungsgemäß vorbereitet und gereinigt wird.

• Dabei wurde ein gleichmäßiger und kontrollierter Lichtbogen verwendet, um den Wärmeeintrag und den Verzug zu minimieren.

• Möglichst wenige Schweißdurchgänge, um den Wärmeeintrag und den Verzug zu minimieren.

• Sie verwendet eine gleichmäßige und kontrollierte Schweißraupe, um den Wärmeeintrag und den Verzug zu minimieren.

4. Behandlung nach dem Schweißen und Verformungskorrektur von Restspannungen

1. Mechanische Korrektur

• Externe Kräfte, wie hydraulische Richtmaschinen, korrigieren die Verformung großer Strukturen.

1. Schweißen Hämmern

• Hämmern Sie während des Abkühlens vorsichtig auf die Schweißnaht, um sie zu dehnen und die elastische Verformung zu verringern. Vermeiden Sie das Hämmern auf die Kappenschweißnaht, um Risse oder eine Beeinträchtigung der Integrität zu vermeiden.

1. Wärmebehandlung

• Spannungsarmes Glühen: Erwärmen Sie das Werkstück, um die während des Schweißvorgangs entstandenen Eigenspannungen abzubauen.

• Anlassen: Senkung der Eigenspannungen des Werkstücks bei moderaten Temperaturen.

1. Rücken-an-Rücken-Schweißen

• Schweißen Sie zwei symmetrische Teile Rücken an Rücken, um Schrumpfkräfte auszugleichen und die Steifigkeit der Struktur zu nutzen, um Verformungen entgegenzuwirken. Ausgleichsschweißungen um die neutrale Achse sind von entscheidender Bedeutung, um den Schweißverzug zu mindern, indem sie den Schrumpfungskräften entgegenwirken und so das Risiko struktureller Probleme verringern. Diese Behandlungen nach dem Schweißen sind unerlässlich, um den Verzug wirksam zu minimieren und die strukturelle Integrität der Schweißnaht zu erhalten.

9. Durchführung und Überwachung

Umsetzung und Überwachung sind entscheidende Schritte, um die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Verzugskontrolle zu gewährleisten. Die Überwachung des Schweißprozesses und der Schweißnaht auf Anzeichen von Verzug, wie z. B. Verziehen oder Verbiegen, ist unerlässlich. Ein System zur Überwachung des Schweißlichtbogens kann dazu beitragen, Unregelmäßigkeiten im Schweißprozess zu erkennen und den Bediener zu alarmieren, damit er Korrekturmaßnahmen ergreifen kann.

Regelmäßige Inspektionen und Prüfungen der Schweißnähte können ebenfalls dazu beitragen, die Wirksamkeit der Maßnahmen zur Verzugskontrolle zu gewährleisten. Zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Röntgen- oder Ultraschallprüfung können helfen, Fehler oder Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht zu erkennen. Ein Qualitätskontrollprogramm kann ebenfalls dazu beitragen, dass die Maßnahmen zur Verzugskontrolle konsequent und effektiv umgesetzt werden.

Durch die Umsetzung und Überwachung von Maßnahmen zur Verzugskontrolle können Hersteller die strukturelle Integrität und Genauigkeit ihrer Schweißteile sicherstellen, die Wahrscheinlichkeit von Verzug verringern und die Qualität ihrer Produkte gewährleisten.

5. Grundprinzipien und Zusammenfassung

1. Schweißnaht-Design:

• Verwenden Sie kleine Schweißnähte, minimieren Sie den Zusatzwerkstoff und bevorzugen Sie doppelseitige Nuten.

1. Ausführung des Prozesses:

• Verwenden Sie Niedertemperaturtechniken, symmetrisches Schweißen und segmentierte Abläufe.

1. Flankierende Maßnahmen:

• Verwendung von Vorrichtungen, Wasserkühlung und Positionierern zum Stabilisieren und Ausrichten von Werkstücken.

1. Anpassungen nach dem Schweißen:

• Mechanische oder thermische Behandlungen sollten durchgeführt werden, um verbleibende Verformungen zu korrigieren.

• Der Umgang mit den beim Schweißen auftretenden Spannungen ist entscheidend für die strukturelle Integrität der Bauteile.

Durch die Integration dieser Strategien in die Konstruktions-, Schweiß- und Nachbearbeitungsphasen kann die Schweißverformung wirksam kontrolliert werden, was zu strukturell soliden, präzisionsgefertigten Komponenten führt. Diese Methoden minimieren effektiv den Verzug, indem sie die Schweißnähte um die neutrale Achse ausbalancieren und die Schweißreihenfolge beibehalten, um Schrumpfungskräfte auszugleichen.

13. Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Minimierung des Verzugs und die Kontrolle der Schweißnahtschrumpfung kritische Aspekte des Schweißens sind, die eine sorgfältige Prüfung des Schweißprozesses, der Schweißfolge und der Schweißtechniken erfordern. Schweißer können den Verzug reduzieren und die Schweißnahtschrumpfung kontrollieren, indem sie den richtigen Schweißprozess auswählen, seine Parameter optimieren und verschiedene Methoden und bewährte Verfahren anwenden.

Techniken wie thermisches Spannungsarmglühen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen können Eigenspannungen minimieren. Wenn Schweißer die Ursachen für Verzug und Eigenspannungen kennen, können sie Maßnahmen ergreifen, um diese zu vermeiden und qualitativ hochwertige Schweißnähte zu produzieren, die den erforderlichen Spezifikationen entsprechen.

Darüber hinaus können Schweißer verschiedene Werkzeuge und Ausrüstungen wie Schweißtische und -vorrichtungen verwenden, um den Verzug zu kontrollieren und Eigenspannungen zu minimieren. Durch die Einhaltung bewährter Praktiken und die Verwendung der richtigen Techniken und Geräte können Schweißer qualitativ hochwertige Schweißnähte herstellen, die den geforderten Spezifikationen entsprechen und Verformungen und Eigenspannungen reduzieren.