Schweißen (Kunststoff)

Beim Schweißen erfolgt die Verbindung durch Aufschmelzen und Ineinanderfließen der angrenzenden Fügeteile. Es lassen sich daher nur Thermoplaste verschweißen, die außerdem mindestens von ähnlicher Stoffart sein müssen.

Die verschiedenen Schweißverfahren beruhen i.W. auf die unterschiedlichen Möglichkeiten für die zum Schmelzen aufzubringenden Erwärmungsmethoden:

• Heizelementschweißen    >    Wärmeleitung
• Warmgasschweißen         >    Konvektion
• Reibschweißen                 >    (äußere) Reibung
• Ultraschallschweißen       >    (innere) mechanische Reibung
• Hochfrequenzschweißen  >    (innere) elektrische Reibung

Typische Fehlerbilder beim Schweißen

- Versprödung durch Oxidation und Entkohlung des Schmelzbades

=> Schweißen unter Schutzgas

- Ungewollte Gefügeumwandlung in der Schweißnaht oder der Wärmeflußzone

=> Vorwärmen des Schweißgutes -> schnelles Abkühlen vermeiden
=> Bei Stählen das Kohlenstoffäquvalent beachten

- Thermisch induzierte Einspannungen -> Verzug, Risse

Lichtbogenschweißanlage

Verfahren:

Elektrode berührt das Werkstück. Der Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück schließt den Stromkreis. Kinetische Energie wird beim Auftreffen auf die Anode + Werkstück) in Wärme umgewandelt. Am Minuspol 3600°C, am Pluspol 4200°C. Durch die hohe Temperatur schmelzen an dem Werkstück die Kanten und die Elektrode. Die Schmelze bildet die Naht

Thermisches Trennen (3)

Handschneidbrenner

Schneiddüsen, die in der Mitte den Schneidsauerstoff zuführen, können in alle Richtungen Brennschnitte durchführen.

Die Qualität des  Brennschnittes ist abhängig:

• von der Heizflammeneinstellung (C²H² + O²)
• vom Sauerstoffdruck (Bar)
• von der Schneidgeschwindigkeit (mm/min)
• vom Abstand der Schneiddüse zum Werkstück (mm)
• vom einwandfreien Zustand der Schneiddüse

Thermisches Trennen (2)

Laserstrahlschneiden

Durch Laserschneiden können beliebige metallische Werkstoffe bis ca, 10 mm Dicke und nicht metallische Werkstoffe bis ca. 30 mm Dicke getrennt werden.
Unter einem Laserstrahl versteht man einen energiereichen gebündelten Lichtstrahl. Es entstehen sehr hohe Temperaturen, der Werkstoff wird zum Schmelzen gebracht und das flüssige Material mit einem Schneidgas aus der Schneidfuge geblasen.

Vorteil:

• Saubere Schnittkanten (kein Grat)
• hohe Präzision
• hohe Materialausnutzung
• alle Materialien sind Schneidbar

Nachteil:

• hohe Anlagenkosten
• hoher Elektroenergieeinsatz (Strom verbrauch)
• Arbeitsschutz nicht richtig gegeben
• hoher Gasverbrauch

Thermisches Trennen

Plasmaschneiden

Brennschneidbare Stähle und Metalle, die autogen nicht brennscheidbar sind (z.B. Al, Cu, legierte Stähle) können durch ein Plasmastrahl getrennt werden.
Unter Plasma versteht man ein elektrisches leitendes Gas aus ungebundenen Ionen und Elektronen

Plasmaschneigase: Argon, Neon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff, Mischgase. Für Kleingeräte wird Luft als Schneidgas verwendet.

Plasmaschneiden kann von Hand oder maschinell ausgeführt werden.

Vorteil:

• Schneidet alle elektrischen Leitfähigen Metalle
• weniger thermischen Einfluss als beim autogen Brennschneiden
• Plasmaschneiden zählt zu den schnellsten thermischen schneidverfahren
• Relativ wenig Nacharbeitung

Nachteil: 

• Begrenzte Werkstoffdicke (25-40 mm)
  Leistungsstarke Geräte können bis 120 mm schneiden
• Großer Energieverbrauch
• Giftige Abgase müssen abgesaugt werden

Aufbau des Plasmaschneidbrenners

Schweißen

Definition Schweißen:

Schweißverbindungen sind stoffschlüssige und unlösbare Verbindungen. Der Werkstoff wird durch Wärme oder Reibung an den Fügestellen in einem flüssigen oder plastischen Zustand gebracht. Bei den meisten Verfahren wird ein Zusatzwerkstoff hinzugefügt der ähnliche Eigenschaften aufweißt wie der Werkstoff des Bauteils.


Vorteil:

• Vielfältige Formgebung
• Festigkeit der Schweißnaht ist meist so groß oder größer wie die der Bauteile
• Verbindungen sind dicht und unlösbar

Nachteil:

• Gefügeveränderungen durch die Wärme können Werkstoffeigenschaften verändern
• Verzug und Schrumpfungen sind zu berücksichtigen
• Nicht alle Metalle geeignet (Schweißbar >0,22% C - Gehalt oder hochlegierte Stähle)

Einteilung der Schweißverfahren:

Schweißverfahren werden in die verschiedene Hauptgruppen eingeteilt:

• Lichtbogenschweißen
• Widerstandsschweißen
• Gasschmelzschweißen
• Pressschweißen
• Strahlschweißen
• und Sontige

Schmelzschweißverfahren: z.B. beim Lichtbbogen- oder Gasschmelzschweißen, werden die Bauteile an der Schweißstelle über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt.

Pressschweißverfahren: z.B. beim Reibschweißen wird die Schweißstelle bis zum teigigen Zustand erwärmt. Anschließend werden die zu fügenden Teile durch Zusammenpressen verbunden.

Schweißverfahren können weiter eingeteilt werden nach:

• den zu schweißenden Werkstoff (z.B. Kunststoffschweißen)
• dem Zweck des Schweißens (z.B. Verbindungsschweißen)
• Art der Fertigung (z.B. automatisches Schweißen)

Gestaltung der Schweißstelle:

Bei einer Schweißkonstruktion werden in speziellen Schweißplänen Schweißstoß, Nahtart, Position und schweißfolge festgelegt. Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist eine einwandfreie Durchschweißung durch den gesamten Querschnitt zu gewährleisten.
Die Schweißeignung eines Bauteils hängt von der Schweißbarkeit der Konstruktion und der Schweißmöglichkeit in der Fertigung ab.

Schweißstoß:
darunter versteht man die Anordnung der zu verschweißenden Teile zueinander. Die Form hängt von der Stoßart der Dicke der zu verbindenden Teile und des Schweißverfahrens ab.
Wichtige Nahtformen sind:

• Bördelnaht
• I-Naht
• V-Naht
• Kehlnaht
• X-Naht
• U-Naht

Diese werden durch Sinnbilder dargestellt. Bei einigen Nahtformen müssen die Fügeteile vorher angefast werden mithilfe von Fräsern oder aber durch Strahlschneiden.

Bezeichnung der Schweißnähte:

Wichtige Kenngröße bei Schweißnähten ist die Nahtdicke. Bei V- und Kehlnähten entspricht diese der Höhe von der Naht. Größere Nähten werden deswegen in mehreren Lagen geschweißt.