Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Wärmeeinfluss, Gefüge und Richten

Wärmeeinfluss beim Schweißen kurz erklärt: Gefügezonen, Wärmeeinbringung, Vorwärmen, Verzug, Spannungsarmglühen sowie Kalt- und Flammrichten.

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Darum geht es

Beim Schweißen wird der Grundwerkstoff neben der Naht kurzzeitig stark erwärmt. In dieser Wärmeeinflusszone entstehen bei Baustahl nahe der Schmelzlinie eine Grobkornzone mit geringerer Zähigkeit, weiter außen eine feinkörnige, normalisierte Zone. Kühlt die Zone zu schnell ab, etwa bei dicken Blechen und Stählen mit hohem Kohlenstoffäquivalent, kann sie aufhärten; mit Wasserstoff drohen Kaltrisse. Vorwärmen und eine passende Wärmeeinbringung nach DIN EN 1011 verhindern das. Bei aushärtbaren Aluminiumlegierungen wie 6082 T6 sinkt die Festigkeit in der Wärmeeinflusszone deutlich.

Jede Naht schrumpft beim Abkühlen. Daraus entstehen Längs- und Querschrumpfung, Winkelverzug und Eigenspannungen. Verzug verringert man durch wenig Schweißgut, symmetrische Nahtfolge, Gegenverformen, Spannvorrichtungen und eine geringe Wärmeeinbringung. Eigenspannungen baut das Spannungsarmglühen bei etwa 550 °C bis 650 °C ab, ohne das Gefüge umzuwandeln.

Verzogene Teile werden gerichtet. Beim Kaltrichten biegt man mit Presse oder Hammer über die Streckgrenze; das eignet sich für kleine Querschnitte. Beim Flammrichten erwärmt man gezielt Punkte, Striche oder Keile. Die erwärmte Stelle wird vom kalten Umfeld an der Ausdehnung gehindert, staucht sich und schrumpft beim Abkühlen; das Bauteil zieht sich zur erwärmten Seite. Keile setzt man mit der Basis an die zu lange, gewölbte Seite. Die Richttemperatur wird überwacht, weil zu viel Wärme vor allem thermomechanisch gewalzte Stähle schwächt; die Grenze nennen Stahlhersteller und Ausführungsunterlagen.

Das solltest du dir merken

Die Grobkornzone neben der Schmelzlinie ist die kritische Stelle der Wärmeeinflusszone.
Dicke Bleche und hohes Kohlenstoffäquivalent verlangen Vorwärmen gegen Kaltrisse.
Beim Flammrichten verkürzt sich die erwärmte Stelle, das Bauteil zieht sich zu ihr hin.
Wärmekeile mit der Basis an der gewölbten Seite ansetzen.
Spannungsarmglühen baut Eigenspannungen ab, ohne das Korn zu verändern.

Formeln

Streckenenergie: $E = \frac{U \cdot I \cdot 60}{v \cdot 1000}$; $E$ in kJ/mm, $U$ Spannung in V, $I$ Strom in A, $v$ Schweißgeschwindigkeit in mm/min
Wärmeeinbringung: $Q = k \cdot E$; $k$ thermischer Wirkungsgrad, bei 111 und 135 etwa 0,8, bei 141 etwa 0,6
Wärmedehnung: $Δ l = α \cdot l_{0} \cdot Δ T$; $α$ Längenausdehnungskoeffizient (Stahl $12 \cdot 1 0^{- 6} K^{- 1}$ , Aluminium $23 \cdot 1 0^{- 6} K^{- 1}$ )

Typische Fehler in der Prüfung

Wärmekeile an der hohlen statt an der gewölbten Seite angesetzt.
Zum Abkühlen nach dem Flammrichten Wasser verwendet, ohne dass der Werkstoff das zulässt.
Streckenenergie und Wärmeeinbringung gleichgesetzt und den Wirkungsgrad vergessen.
Spannungsarmglühen mit Normalglühen verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Flammrichten: Die warme Stelle wird kürzer, das Bauteil zieht sich zu ihr hin. Darum Wärmekeile mit der Basis an die gewölbte, zu lange Seite setzen und von der Spitze zur Basis wärmen. Erst nach dem vollständigen Abkühlen nachmessen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Wärmeeinfluss, Gefüge und Richten“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Konstruktionsmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 8 (Herstellen von Baugruppen aus Profilen); DIN EN 1011-1, DIN EN 1011-2. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.