Die 10 meist in der Praxis verwendeten Schweißverfahren

Im Folgenden werden die verschiedenen Schweißverfahren beschrieben, die in der Praxis weit verbreitet sind: 1. Kohlenstoff-Lichtbogenschweißen (CAW) 2. Metall-Schutzgasschweißen (SMAW) 3. Metall-Inertgasschweißen (MIG) 4. Unterpulverschweißen (SAW) 5. Elektrisches Widerstandsschweißen 6. Druckschweißen 7. Explosionsschweißen 8. Ultraschallschweißen 9. Reibschweißen 10. Induktionsschweißen.

1. Kohlenstoffbogenschweißen (CAW):

Beim Kohlelichtbogenschweißen (CAW) wird die Schmelzwärme aus einem elektrischen Lichtbogen gewonnen. Der Lichtbogen wird zwischen dem Werkstück und einer Kohlenstoffelektrode oder zwei Kohlenstoffelektroden erzeugt. Die vom Lichtbogen erzeugte Wärme wird zum Schmelzen des Grundmetalls verwendet. Beim Schweißen von Grobblechen wird ein Füllmetall verwendet, das in der Schweißnaht von einem Füllstab abgelagert wird. Dieser Vorgang ist in Abb. 7.22 dargestellt.

In CAW werden nicht verbrauchbare Elektroden aus Kohlenstoff oder Graphit verwendet. Die Graphitelektroden haben eine längere Lebensdauer und eine um 400 Prozent höhere elektrische Leitfähigkeit als Kohlenstoffelektroden. Die Kohlenstoff- und Graphitelektroden werden während des Schweißvorgangs aufgrund einer langsamen Kohlenstoffoxidation langsam verbraucht.

Es kann nur eine Gleichstromversorgung verwendet werden. Die Elektrode ist normalerweise negativ (Kathode) und die Arbeit ist positiv (Anode). Die an der Anode (Arbeit) erzeugte Temperatur oder Wärme ist um etwa 3900 ° C höher, während an der Kathode (Elektrode) weniger als 3200 ° C liegt.

Der Lichtbogen wird entweder zwischen einer einzelnen Kohlenstoffelektrode und dem Werkstück (Einzelelektroden-CAW) oder zwischen zwei Kohlenstoffelektroden (Doppelelektroden-unabhängiges Lichtbogenverfahren) eingerichtet. In beiden Fällen ist keine Abschirmung vorgesehen.

Die Unterschiede zwischen den beiden Prozessen liegen in der Wärmequelle und in der Atmosphäre rund um die Arbeit. Die Kohlenstoffelektroden haben Durchmesser im Bereich von 10 bis 25 mm und etwa 300 mm Länge. Sie verwenden die Strombereiche von 200 bis 600 Ampere.

Prozessparameter:

Stromquelle: Gleichstromversorgung

Strom: 200 bis 600 Ampere,

Temperaturbereich: 3200 ° C bis 3900 ° C.

Elektrode: Kohlenstoff oder Graphit, Durchmesser nicht verbrauchbar. 10 bis 25 mm, Länge ca. 300 mm.

Anwendung und Verwendung:

Das Lichtbogenschweißen wird in der Industrie üblicherweise nicht verwendet. Seine Anwendung beschränkt sich auf das Schweißen dünner Bleche aus Nichteisenmetallen wie Kupfer, Nickel, Messing, Bronze, Aluminium usw. Es wird auch zum Schruppen und Hartlöten verwendet.

Vorteile von CAW:

(I) einfach zu steuern:

Dieses Verfahren ist relativ einfach, um die Temperatur des Schweißbades durch Variieren der Bogenlänge zu steuern.

(Ii) Einfacher, den Arc zu starten:

Dieser Vorgang lässt sich leichter starten, da die Elektrode nicht am Grundmetall haftet.

(Iii) Prozess kann Atomisieren sein:

Dieses Verfahren kann leicht für die Automatisierung übernommen werden, bei der die Lichtbogenspannung und -stromstärke, die Bewegungsgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit der Stange richtig gesteuert werden.

Nachteile von CAW:

(i) Eine separate Füllstange ist erforderlich:

Die Kohleelektrode wird nur als Wärmequelle verwendet. Daher ist ein separater Füllstab erforderlich, besonders wenn Sie Bleche mit einer Dicke von mehr als 1/8 Zoll (3 mm) schweißen.

(ii) Nur für DCSP verwendet:

Aufgrund der Temperaturdifferenz an Kathode und Anode kann dieses Verfahren nur für DCSP (Gleichstrom gerade Polarität) verwendet werden.

(iii) Problem der Blaslöcher:

Wie alle DC-Schweißverfahren werden auch Schweißlöcher im Schweißgut erzeugt. Die Blaslöcher werden durch ein Magnetfeld erzeugt, das den Lichtbogen umgibt. Dieses Phänomen wird als magnetischer Lichtbogenschlag bezeichnet.

2. Bogenschweißen mit geschirmtem Metall (SMAW):

Das Schutzgasschweißen mit abgeschirmtem Metall (SMAW) ist ein manuelles Lichtbogenschweißverfahren und wird gelegentlich als Stabschweißen bezeichnet. Die Wärmequelle zum Schweißen ist ein Lichtbogen, der zwischen einer mit Flussmittel beschichteten, verbrauchbaren Metallelektrode und dem Werkstück aufrechterhalten wird.

Das Füllmaterial wird hauptsächlich durch den Metallkern des Elektrodenstabs bereitgestellt. Die Abschirmung der Elektrodenspitze, der Schweißpfütze und des Grundmetalls wird durch die Zersetzung der Flussmittelbeschichtung sichergestellt.

Die Grundeinstellung für SWAW ist in Abb. 7.23 dargestellt:

Beim Schweißen des Metalls mit höherer Dicke sind mehrere einzelne Durchgänge erforderlich, um die Schweißung abzuschließen (siehe Abb. 7.23 (b)).

Die Metalllinie, die während eines einzigen Durchgangs abgeschieden wird, wird Perle genannt. Bei tiefen Rillen oder Filets wird die Wulstbreite normalerweise durch Weben der Elektrode erhöht. Einige Webmuster sind in Abb. 7.23 (c) dargestellt. Die Wahl des Webmusters hängt von der Position der Schweißnaht und der Dicke der Arbeit ab.

Prozessparameter:

Energiequelle:

AC oder DC

Aktuell:

150 bis 1000 Ampere.

Stromspannung:

20 bis 40 Volt.

Temperaturbereich:

2400 bis 2700 ° C.

Elektrode:

Verbrauchsmaterial, mit Flussmittel beschichtet, 1, 2 bis 12 mm Durchmesser und 450 mm Länge.

Anwendung und Verwendung:

Dieses Verfahren wird am häufigsten als Schweißverfahren eingesetzt und hat im Stahlbau und Schiffbau breite Anwendung gefunden. SMAW kann zum Verbinden von dünnen und dicken Blechen aus Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl und Gusseisen verwendet werden.

Die richtige Wahl des Elektrodendurchmessers und -materials ist ein Muss. Es werden auch Vorwärm- und Nachwärmebehandlung durchgeführt.

Vorteile von SMAW:

(1) Es ist am besten für Eisenmetalle geeignet.

(2) Es ist für dünne und dicke Bleche geeignet.

(3) Es ist eine allgemein anerkannte Methode des Beitritts in der Industrie.

(4) Es bietet eine bessere Abschirmung von geschmolzenem Pool, Elektrodenrand und Schweißnahtbereich gegen Luftsauerstoff und Stickstoff.

Nachteile von SMAW:

(1) Es ist unökonomisch und für Nichteisenmetalle ungeeignet:

Es ist unwirtschaftlich und ungeeignet für Nichteisenmetalle wie Aluminiumlegierungen, Kupfer, Nickel, Kupfer-Nickel-Legierungen sowie für niedrigschmelzende Legierungen wie Zink-, Zinn- und Magnesiumlegierungen.

(2) Es ist ein nicht kontinuierlicher Prozess:

Ein deutlicher Nachteil des Prozesses ist, dass das Schweißen jedes Mal unterbrochen werden muss, wenn die Elektrode an der Arbeit haftet, und auch wenn die Elektrode verbraucht und durch eine neue ersetzt wird. Dies führt folglich zu einem Abfall der Produktivität.

3. Metall-Inertgasschweißen (MIG):

Das Metall-Inertgas-Schweißverfahren wird üblicherweise als Gasmetall-Lichtbogenschweißen bezeichnet. Es verwendet einen Lichtbogen zwischen einer durchgehenden, verbrauchbaren Elektrode und dem Werkstück.

Die Abschirmung wird durch Pumpen eines Inertgasstroms (Argon oder Helium) um den Lichtbogen erhalten, um zu verhindern, dass das geschmolzene Metall Luftsauerstoff und Stickstoff enthält. Die Elektrode ist blank und es wird kein Flussmittel hinzugefügt.

Dieser Vorgang ist in Abb. 7.26 dargestellt:

Das MIG-Schweißen ist im Allgemeinen ein halbautomatischer Prozess. Es kann jedoch auch automatisch maschinell angewendet werden.

Bei diesem Verfahren wird die verbrauchbare Drahtelektrode automatisch und kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 250 bis 700 cm pro Minute von einer Spule (Spule) zugeführt.

Quelle der Stromversorgung:

Hierbei wird nur die DC-Versorgung mit DCRP und DCSP verwendet. Gleichstromumkehrpolarität (DCRP) wird verwendet, um eine tiefere Durchdringung zu erzeugen, wenn die Dicke der Arbeit geringer ist.

Gleichstrom mit gerader Polarität (DCSP) wird verwendet, um eine geringe Durchdringung zu erzeugen, wenn die Dicke der Arbeit größer ist.

Bei MIG wird jedoch keine Wechselstromversorgung verwendet, da die Elektrode während positiver und negativer Zyklen ungleichmäßig brennt.

MIG-Drahtelektrode:

Die beim MIG-Schweißen verwendete Drahtelektrode hat folgende Eigenschaften:

(i) Verbrauchsmaterial, kontinuierlich gefüttert.

(ii) Geschlossene Maßtoleranzen.

(iii) geeignete chemische Zusammensetzung

(iv) Durchmesser zwischen 0, 5 und 3 mm.

(v) Verfügbar in Form einer Spule (Rolle) mit einem Gewicht von 1 bis 350 kg.

(vi) mit einer Geschwindigkeit von 250 bis 700 cm / Minute gespeist werden.

Anwendungen und Verwendungen:

Dieses Verfahren wird für dieselben Anwendungen wie das WIG-Schweißen verwendet, wird jedoch häufig zum Schweißen von dicken Platten (über 4 mm Dicke) verwendet.

Einige Anwendungen von MIG sind:

(i) Das MIG-Schweißverfahren kann zum Schweißen von dünnen Blechen sowie relativ dicken Blechen verwendet werden, ist jedoch für Schweißdicken von 3 bis 13 mm am wirtschaftlichsten.

(ii) Das MIG-Schweißverfahren ist besonders beliebt beim Schweißen von Nichteisenmetallen wie Aluminium, Magnesium und Titanlegierungen.

(iii) Das MIG-Schweißverfahren wird auch zum Schweißen von Edelstahl- und kritischen Stahlteilen verwendet.

(iv) Das MIG-Schweißverfahren eignet sich auch zum Schweißen von Eisenmetallen wie legierten Stählen usw.

(v) Das MIG-Schweißverfahren ist in der Raketen- und Luftfahrtindustrie weit verbreitet.

Vorteile von MIG:

1. Schnellerer Betrieb:

Die kontinuierliche Zuführung des Elektrodendrahtes macht den Prozess schnell.

2. Keine Schlackenbildung:

B. Inertgas anstelle von Flussmittel verwendet wird, das zur Abschirmung gegen die Atmosphäre dient.

3. Bessere Schweißqualität:

Man erhält eine glatte, klare und qualitativ bessere Schweißnaht.

4. Tiefere Penetration möglich:

Durch die Verwendung von Gleichstrom in umgekehrter Polarität (DCRP) ist ein tieferes Eindringen in die Schweißnaht möglich.

Nachteile von MIG:

1. Die Kosten für MIG-Schweißgeräte sind hoch.

2. Die Kosten für Inertgas sind zusätzlich.

3. Nicht für Arbeiten im Freien geeignet, da starker Wind die Schutzgasabschirmung wegblasen kann, was zu schlechter Schweißnaht führt.

4. Unterpulverschweißen (SAW):

Unterpulverschweißen (UPW) wird auch als Hidden-Arc-Schweißen bezeichnet. Es ist ein relativ neues automatisches Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der Lichtbogen und der Schweißbereich durch eine Decke aus schmelzbarem Flussmittel abgeschirmt werden.

Es wird eine blanke Elektrode verwendet, die während des Schweißens kontinuierlich von einem speziellen Mechanismus gespeist wird. Dies beschleunigt den Prozess. Abb. 7.27 zeigt das Funktionsprinzip des Unterpulverschweißens.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist der Prozess beim Schweißen von flachen Platten nur in horizontaler Position begrenzt. Diese Einschränkung wird durch die Art des verwendeten Flusses und den zugeführten Elektrodendraht auferlegt.

Die Flussmittelschicht isoliert den Lichtbogen von der umgebenden Atmosphäre und bietet daher eine angemessene Abschirmung.

Die Schmelztemperatur des Flussmittels muss niedriger sein als die des Basismetalls. Der Fluss bildet eine Isolierschicht über dem erstarrenden Metallbad. Dies verzögert die Verfestigung des geschmolzenen Metalls und ermöglicht daher dem Aufschwimmen der Schlacke und nichtmetallischen Verunreinigungen am oberen Rand des geschmolzenen Pools.

Das Endergebnis der Schweißung ist frei von nichtmetallischen Verunreinigungen und hat eine homogene chemische Zusammensetzung.

Prozessparameter:

Netzteil:

Sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom wird bevorzugt, da dies den Lichtbogenschlag reduziert.

Aktueller Bereich:

1000 Amp bis 4000 Amp.

Temperaturbereich:

2900 ° C bis 4100 ° C.

Elektrodentyp:

Verbrauchsfähiger, kontinuierlich geführter Draht.

Anwendung und Verwendung:

Das Unterpulverschweißen wird zum Schweißen von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, legiertem Stahl und Nichteisenmetallen wie Nickel, Bronze usw. verwendet.

Vorteile von SAW:

1. Hohe Schweißgeschwindigkeit und hohe Abscheiderate, die fünf- bis zehnmal so hoch ist wie beim Schutzgasschweißen.

2. Hohe Qualität der erhaltenen Schweißnähte, da die Flussmittelschicht eine perfekte Abschirmung erzielt.

3. Hoher thermischer Wirkungsgrad, da die Gesamtwärme unter der Schlackendecke gehalten wird.

4. Hohe Festigkeit und Verformbarkeit der Schweißnaht.

5. Tiefes Eindringen kann erzielt werden.

6. Die erzeugte Schweißung ist frei von Spritzern.

7. Weniger schädlich für den Bediener, da die Wärme- und Ultraviolettstrahlung unterhalb der Fluss- und Schlackenschicht gehalten wird.

Nachteile von SAW:

1. Nur für flache und horizontale Schweißpositionen geeignet.

2. Beim Schweißen kann sich Flussmittel verfangen, was zu einer nicht homogenen Schweißung führt.

5. Elektrisches Widerstandsschweißen:

Das Schweißen mit elektrischem Widerstand ist eine Art heißes Druckschweißen. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Metallteile lokal in den plastischen Zustand erwärmt werden, indem ein starker elektrischer Strom durch sie fließt und dann die Schweißung durch Druckbeaufschlagung abgeschlossen wird.

Ein Widerstandsschweißgerät besteht aus einem Rahmen, einem Abwärtstransformator, Elektroden, einem automatischen elektronischen Zeitgeber und einem Druckmechanismus, wie in Abb. 7.28 dargestellt.

Arbeitsprinzip:

Die zum Schweißen erforderliche Wärme wird erzeugt, indem ein starker Strom (3000 bis 90.000 A) bei einer sehr niedrigen Spannung (1 bis 25 Volt) durch die beiden zu schweißenden Metallstücke geleitet wird, die sich berühren, und zwar für eine sehr kurze Zeit .

Die erzeugte Wärme ergibt sich aus folgender Beziehung:

H = I 2 RT

Wobei H = erzeugte Wärme (Joules),

I = elektrischer Strom (Effektivwert in Ampere)

R = Zeitintervall des Stromflusses (Sekunden)

T = Das Zeitintervall des Stroms hat großen Einfluss auf die erzeugte Wärmemenge.

Prozessparameter:

Dieser Prozess bezieht sich auf die Steuerung der vier grundlegenden Parameter wie in der obigen Formel gezeigt:

(i) Strom,

(ii) Widerstand,

(iii) Zeit,

(iv) Druck

Für eine gute Schweißnaht müssen diese Variablen sorgfältig ausgewählt und kontrolliert werden.

Ihre Auswahl hängt ab von:

(a) Art und Größe der Elektrode

(b) Dicke der Schweißnaht

(c) Art des zu schweißenden Materials.

Lassen Sie uns oben variabel nacheinander diskutieren:

(i) Strom und Stromversorgung:

Beim elektrischen Widerstandsschweißen wird eine einphasige Wechselstromversorgung verwendet, die normalerweise eine Frequenz von 50 Hz hat.

Ein Einphasen-Abwärtstransformator wird verwendet, um die Eingangsspannung von 220 Volt in eine niedrige erforderliche Spannung von 1 bis 25 Volt umzuwandeln. Dadurch wird der Strom auf 100-2000 Ampere erhöht, um die Operation durchzuführen.

(ii) Widerstand:

Der Gesamtwiderstand des Systems umfasst den Widerstand der Werkstücke, den Widerstand der Elektroden und den Widerstand zwischen zwei Metallteilen.

Der Widerstand der Werkstücke und Elektroden sollte im Vergleich zum Widerstand zwischen den Grenzflächen so gering wie möglich gehalten werden, um eine unerwünschte Erwärmung der Elektroden zu vermeiden. Die Elektroden müssen aus hochleitfähigem Material wie Kupfer, Cadmium oder Kupfer-Chrom-Legierungen bestehen.

(iii) Zeitintervall:

Das Zeitintervall des Stromflusses ist sehr kurz. Sie beträgt normalerweise 0, 001 Sekunden für dünne Bleche und einige Sekunden für dicke Bleche. Die Schweißzeit wird automatisch durch einen elektronischen Timer gesteuert.

(iv) Druckbereich:

Der Druck variiert im Allgemeinen von 200 bis 600 kg / cm 2 . Vor und während des Stromflusses wird ein mäßiger Druck angelegt, um einen konstanten Widerstand herzustellen. Nach Erreichen der richtigen Wärme wird der Druck beträchtlich erhöht, um eine feinkörnige Struktur des Schweißens zu erhalten.

Anwendung des Widerstandsschweißens:

1. Elektrisches Widerstandsschweißen wird häufig zum Verbinden von dünnen Blechen für die Massenproduktion in der Industrie verwendet.

2. Es ist in der Regel Mitarbeiter in der Automobil-, Flugzeug-, Rohr- und Rohrindustrie.

3. Dieser Prozess ist in der Lage, Metalle wie Stahl, Edelstahl, Bronze usw. zu schweißen.

4. Aluminium kann mit einigen Modifikationen im Prozess auch geschweißt werden.

Vorteile des Widerstandsschweißens:

1. Der Prozess ist sehr schnell, da Schweißnähte schnell hergestellt werden.

2. Der Prozess ist gut für die Produktion von Chaos geeignet.

3. Der Prozess erfordert keine großen Kenntnisse des Bedieners.

4. Das Verfahren ist wirtschaftlich im Betrieb, da außer elektrischer Energie nichts verbraucht wird.

5. Das Verfahren ermöglicht das Verschweißen unterschiedlicher Metalle.

Nachteile des Widerstandsschweißens:

1. Sie sind auf Überlappungsverbindungen beschränkt, ausgenommen Stumpfschweißen.

2. Die Anschaffungskosten der Geräte sind hoch.

Arten des Widerstandsschweißens:

In der modernen Praxis werden verschiedene Arten des Widerstandsschweißens verwendet. Einige grundlegende und am häufigsten verwendete sind:

1. Punktschweißen

2. Nahtschweißen.

3. Projektionsschweißen.

4. Stumpfschweißen.

5. Blitzschweißen.

6. Perkussionsschweißen.

6. Druckschweißen:

Beim Druckschweißen wird äußerer Druck angewendet, um die Metallstruktur umzukristallisieren und die Schweißnaht herzustellen. Druckschweißverfahren werden hauptsächlich bei Metallen mit hoher Duktilität wie Aluminium, Kupfer und seinen Legierungen angewendet.

Die Temperatur, die an diesem Prozess beteiligt ist, kann folgende sein:

(i) Raumtemperatur (Kaltdruckschweißen).

(ii) Temperatur im plastischen Zustand oder unterhalb der Schmelzpunkte; (Festkörperschweißen).

(iii) Schmelz- oder Schmelztemperatur; (Schweißen im geschmolzenen Zustand).

Beim Druckschweißen muss ein sehr enger Kontakt zwischen den Atomen der zu verbindenden Teile hergestellt werden. Leider gibt es zwei Hindernisse, die überwunden werden müssen, damit das Druckschweißen erfolgreich durchgeführt werden kann.

Erstens sind die Oberflächen nicht flach, wenn sie mit einem Mikroskop betrachtet werden. Folglich kann ein anfänglicher Kontakt nur dann erreicht werden, wenn die Peaks auf Peaks treffen, wie in Abb. 7.34 gezeigt, und diese Verbindungen würden nicht ausreichend eine starke Schweißverbindung erzeugen.

Zweitens sind die Oberflächen von Metallen normalerweise mit Oxidschichten bedeckt, die einen direkten Kontakt zwischen Metall und zu verschweißenden Metallteilen verhindern. Daher müssen diese Oxidschicht und nichtmetallische Filme vor dem Schweißen mit einer Drahtbürste entfernt werden, um eine starke Schweißverbindung herzustellen.

In Abhängigkeit von den oben genannten Temperaturen wird das Druckschweißen wie folgt klassifiziert:

Wann immer wir über das Druckschweißen sprechen, wird davon ausgegangen, dass es sich um Kaltpressschweißen handelt, sofern nichts anderes erwähnt wird. Nun lohnt es sich, hier das Kaltpressschweißen, das Explosionsschweißen und das Ultraschallschweißen zu diskutieren.

7. Explosionsschweißen:

Explosionsschweißen ist ein Festkörper-Druckschweißen. Dieser Prozess weist keine Wärme- und Flussmittel auf und beseitigt daher die Probleme, die mit Schmelzschweißverfahren wie der Wärmeeinflusszone und den Veränderungen der Mikroeinschränkung verbunden sind. Dieses Verfahren verwendet ein hochexplosives Material, um extrem hohen Druck zu erzeugen. Dieser Druck wurde verwendet, um flache Platten zu kombinieren.

Während des Explosionsschweißens wird ein Fluidstrahl wie Metall erzeugt, der den über den Oberflächen abgelagerten Oxidfilm aufbricht, um die beiden Metallplatten in einen engen Metall-Metall-Kontakt zu bringen. Dieser Metallstrahl ist auch für das typische Wellen- und mechanische Ineinandergreifen zwischen zwei Platten verantwortlich und führt schließlich zu einer starken Verbindung. Abb. 7.36 (a) zeigt eine Anordnung des Explosionsschweißens von zwei flachen Platten, und Abb. 7.36 (b) zeigt eine vergrößerte Skizze der Wellenschnittstelle zwischen ihnen.

Anwendung und Verwendung:

1. Explosives Schweißen und explosive Umhüllung sind bei der Herstellung von Wärmetauschern und chemischen Verarbeitungsgeräten beliebter.

2. Durch dieses explosive Schweißverfahren werden auch gepanzerte und verstärkte Verbundstoffe mit einer Metallmatrix hergestellt.

Einschränkungen:

Eine klare Einschränkung ist jedoch, dass dieses Verfahren nicht erfolgreich zum Schweißen von harten und spröden Metallen eingesetzt werden kann. In diesem Bereich wird derzeit geforscht, und es werden kontinuierlich bessere Ergebnisse eingeführt.

8. Ultraschallschweißen:

Ultraschallschweißen ist ein Festkörper-Druckschweißen, das die Energie von Ultraschallschwingungen zusammen mit normalen statischen Spannungen verwendet. Es erfolgt keine Anwendung von hohen Drücken oder Temperaturen und wird innerhalb einer kurzen Zeit von etwa 0, 5 bis 1, 5 Sekunden durchgeführt.

Die kombinierte Wirkung von Ultraschallschwingungen und normalen statischen Spannungen bewirkt eine Bewegung der Metallmoleküle und bringt eine gesunde Verbindung zwischen den Metallflächen der Metalle in Kontakt. Sie wird üblicherweise zum Verbinden dünner Bleche oder Drähte aus ähnlichen oder unähnlichen Metallen verwendet, um Überlappungen zu erhalten.

Ultraschall-Schweißgeräte: Es stehen verschiedene Arten von Ultraschallgeräten zur Verfügung, von denen jedes so konstruiert ist, dass ein bestimmter Schweißnahttyp erzeugt wird, z. B. ein Punkt, eine Linie, eine durchgehende Naht oder ein Ring. Abb. 7.37 zeigt eine punktuelle Ultraschallschweißmaschine. Es wird üblicherweise beim Schweißen von Mikroschaltungselementen verwendet.

Elemente:

Die Maschine besteht aus folgenden Grundelementen:

(i) Frequenzwandler:

Ein Frequenzumrichter wandelt den Standardstrom von 50 Hz in einen Hochfrequenzstrom fester Frequenz im Bereich von 15 bis 75 kHz um.

(ii) Wandler:

Ein Wandler, der die elektrische Leistung in elastische mechanische Ultraschallschwingungen umwandelt.

(iii) Horn:

Ein Horn, das die Amplitude dieser Schwingungen vergrößert und in die Schweißzone bringt.

(iv) Klemmvorrichtung:

Klemmvorrichtung zum Klemmen der zu verschweißenden Platten.

(v) Sonotrode:

Die Sonotrode wird im Vergleich zur Elektrode beim Widerstandsschweißen verwendet, um die Ultraschallschwingungen an das Werkstück zu übertragen.

(vi) Amboss:

Es wird ein Amboss verwendet, der die Werkstücke und die Sonotrode hält.

(vii) Kontrollen:

Geeignete Steuerungen zur Einstellung optimaler Werte für die Prozessvariablen wie Vibrationskraft, normale Schließkraft und Schweißzeit usw.

Anwendung und Verwendung:

1. Dieses Verfahren eignet sich besonders zum automatischen Bewegen und zum Schweißen von dünnen Blechen oder Drähten aus ähnlichen oder unterschiedlichen Metallen, um eine Überlappungsverbindung zu erhalten.

2. Dieses Verfahren hat in der Elektro- und Mikroelektronikindustrie breite Anwendung gefunden.

3. Dieses Verfahren wird zum Schweißen dünner Metallfolien für Verpackungen verwendet.

4. Dieses Verfahren findet breite Anwendung bei der Herstellung von Kernreaktorkomponenten.

9. Reibschweißen:

Reibschweißen ist eine Art Festkörperschweißen, bei dem die Wärme durch mechanische Reibung zwischen den beiden Metallstücken zugeführt wird, um sie unter der Wirkung einer Druckkraft miteinander zu verschmelzen. Dieses Schweißen wird auch als Trägheitsschweißen bezeichnet.

Die Schritte, die an diesem Prozess beteiligt sind, sind:

(i) Die zwei zu schweißenden Teile sind axial ausgerichtet.

(ii) Ein Teil wird in einem feststehenden Spannfutter oder einer Halterung gehalten, während das andere in einem veränderbaren Spannfutter gehalten wird, das auf einer Spindel montiert ist.

(iii) Das rotierende Stück wird mit einer konstanten hohen Geschwindigkeit gedreht, um ausreichende kinetische Energie zu entwickeln.

(iv) Das andere Stück wird unter leichtem axialem Druck mit dem rotierenden Stück in Kontakt gebracht. Die kinetische Energie wird an der Grenzfläche in Reibungswärme umgewandelt.

(v) Der Druck und die Drehung werden aufrechterhalten, bis die zusammenpassenden Kanten der Werkstücke eine geeignete Temperatur (im Schmiedebereich) erreichen, die einen leichten plastischen Fluss erlaubt. Während dieser Zeit wird Metall langsam aus dem Schweißbereich extrudiert, um eine Störung zu bilden.

(vi) Wenn eine ausreichende Erwärmung stattgefunden hat, wird die Spindelrotation gestoppt und ein hoher axialer Druck angelegt, um die beiden Komponenten zusammenzuschmieden. Das Ergebnis ist eine starke und feste Schweißnaht.

Der Vorgang ist in Abb. 7.38 deutlich dargestellt, in der auch die Schritte des Reibschweißens angegeben sind. Die Schweißzeit variiert zwischen 2 und 30 Sekunden.

Die Rotationsgeschwindigkeit, der Axialdruck und der Zeitpunkt des Schweißens hängen vom zu schweißenden Material ab. Härter ist das zu schweißende Metall, je höher die Rotationsgeschwindigkeit und desto höher der axiale Druck.

Anwendung und Verwendung:

1. Reibschweißen wird erfolgreich angewendet, um Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Titan usw. zu schweißen.

2. Reibschweißen wird auch verwendet, um zwei unterschiedliche Metalle wie Aluminium mit Stahl oder Aluminium mit Kupfer zu verschweißen.

3. Reibschweißen ermöglicht das Verschweißen von Rundstäben, Rohren oder Rundmaterial mit einer Platte, z. B. einer Stange mit einem Joch, einem Bolzen mit einer Platte und einer Welle mit einem Getriebe.

Vorteile des Reibschweißens:

Für das Reibschweißverfahren wurden mehrere Vorteile beansprucht.

Diese schließen ein:

(i) Hohe Effizienz der Energienutzung.

(ii) Fähigkeit zum Verbinden ähnlicher sowie unähnlicher Metalle, die nicht durch herkömmliche Schweißverfahren verbunden werden können, z. B. Aluminium mit Stahl oder Aluminium mit Kupfer.

(iii) Oxidfilme auf der Metalloberfläche werden entfernt und die Kornverfeinerung findet statt.

(iv) Eine feste Verbindung wird erhalten und hat gewöhnlich die gleiche Festigkeit wie das Basismetall.

Nachteile des Reibschweißens:

Die größten Einschränkungen dieses Prozesses sind jedoch:

(i) Mindestens eines der beiden zu verschweißenden Teile muss ein Rotationskörper um die Rotationsachse sein, wie eine Rundstange, ein Rohr, ein Rohr oder eine Welle.

(ii) Beim Schweißen muss darauf geachtet werden, dass die Rundstangen rund sind und die Kanten des Werkstücks gerade sind.

10. Induktionsschweißen:

Induktionsschweißen ist eine Art Festkörperschweißen. Wie der Name schon sagt, basiert das Induktionsschweißen auf dem Phänomen der Induktion.

Dementsprechend wird, wenn ein elektrischer Strom in einer Induktorspule fließt, ein anderer elektrischer Strom in einem Leiter induziert, der sich mit dem magnetischen Fluss schneidet. Die Wärmequelle ist der Widerstand an der Schnittstelle zweier Werkstücke. Abb. 7.39 zeigt das Prinzip des Induktionsschweißens.

Dieses Schweißverfahren ist auch als Hochfrequenzinduktionsschweißen (HFIW) bekannt, da ein Hochfrequenzstrom zur effizienten Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie eingesetzt wird.

Üblicherweise werden Frequenzen im Bereich von 300 bis 450 kHz verwendet, obwohl Frequenzen bis zu 10 kHz auch in der Industrie verwendet werden.

Anwendung und Verwendung:

Eine industrielle Anwendung dieses Schweißens umfasst:

(i) Stumpfschweißen von Rohren.

(ii) Kontinuierliches Nahtschweißen von Rohren.