Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil I

Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil I

Es kommt recht oft vor, dass Werkzeuge geschweißt werden müssen. Vor allem bei Werkzeugen wie zum Beispiel Druckguss- und Kunststoffformen, Schneidwerkzeugen oder Werkzeugen für den Karosseriebau ist das häufig der Fall. Da solche Werkzeuge sehr teuer sind, können Schweißarbeiten zur Reparatur oder Korrektur eine wirtschaftlich interessante Lösung sein.

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Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil I

Denn beschädigte, verschlissene oder ungünstig konstruierte Werkzeuge mittels Schweißen instand zu setzen oder anzupassen, kostet weit weniger Zeit und Geld, als neue Werkzeuge zu beschaffen.

Allerdings weisen Stähle für den Werkzeugbau einen hohen Gehalt an Kohlenstoff auf. Dadurch kann das Schweißen zur Herausforderung werden. Das Hauptproblem liegt darin, dass die Stähle hohe Härtewerte annehmen können.

Kühlt die Schweißnaht schnell ab, verändern sich die Spannungen im Gefüge und in der Schweißzone können Risse entstehen. Um die Qualität der Schweißverbindung sicherzustellen, sollte genau das natürlich vermieden werden.

In einem ausführlichen Ratgeber haben wir wichtige und wissenswerte Fachinfos zum Schweißen im Werkzeugbau zusammengestellt:

Die Stähle im Werkzeugbau

Bei Werkzeugstählen handelt es sich um Eisenwerkstoffe, die gehärtet werden können. Meist basiert die Härtung auf einer Umwandlungshärtung und damit auf der Bildung von Martensit. Doch auch eine Ausscheidungshärtung, durch die Karbid und Nitrid gebildet werden, ist daran beteiligt.

Abgestimmt auf den Verwendungszweck, zeichnen sich Werkzeugstähle grundsätzlich durch eine hohe Härte, Zähigkeit und einen ausgeprägten Widerstand gegenüber Verschleiß aus. Dabei lassen sich die Stähle, die im Werkzeugbau hauptsächlich eingesetzt werden, in vier große Gruppen einteilen.

Die erste Gruppe bilden die Kaltarbeitsstähle. Hierbei kann es sich um unlegierte oder legierte Stähle handeln. Sie werden für Werkzeuge verwendet, bei denen die Temperatur an der Oberfläche üblicherweise unter der Marke von 200 Grad Celsius bleibt. Steigt die Oberflächentemperatur bei einem Werkzeug im Einsatz regelmäßig über 200 Grad Celsius, wird eher mit Warmarbeitsstählen gearbeitet. Warmarbeitsstähle sind legierte Stähle.

Die dritte Gruppe umfasst die sogenannten Schnellarbeitsstähle. Ihre chemische Zusammensetzung verleiht ihnen die höchste Anlassbeständigkeit und Warmhärte. Aus diesem Grund können die Stähle für Temperaturen bis zu 600 Grad Celsius eingesetzt werden.

Als vierte Gruppe gibt es dann noch die Kunststoffformenstähle. Wie der Name bereits vermuten lässt, werden aus diesen Stählen formgebende Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung hergestellt. Die Stähle, die unlegierte, Einsatz- oder Werkzeugstähle sein können, weisen nicht nur eine sehr hohe Qualität auf.

Stattdessen ermöglichen sie es auch, die Eigenschaften des Werkstoffs optimal auf die Anforderungen abzustimmen, die das Werkzeug oder Kunststoffprodukt stellt.

Moderne Technologien lassen die Kunststoffformenstähle zu Werkstoffen werden, die höchsten Ansprüchen gerecht werden, etwa wenn es um den Reinheitsgrad, die gleichmäßige Gefügestruktur, die Wärmeleitfähigkeit oder die Beständigkeit gegenüber Verschleiß und Korrosion geht.

Die Schweißverfahren im Werkzeugbau

Bei der Verarbeitung für Stählen im Werkzeugbau werden hauptsächlich drei Schweißverfahren angewendet, nämlich das E-Hand-, das WIG- und das MSG-Schweißen.

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Das E-Hand-Schweißen

Bei diesem Schweißverfahren brennt ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer umhüllten Stabelektrode, die abschmilzt. Das Schutzgas, das entsteht, schützt zusammen mit der Schlacke das Schweißbad, die erstarrte Schweißnaht und die Tropfen, die von der Elektrode auf das Werkstück übergehen, vor der Umgebungsluft. Dabei entscheiden die Zusatzstoffe im Kerndraht und die Umhüllung der Elektrode darüber, wie das Schweißgut zusammengesetzt ist.

Für das Lichtbogenhandschweißen eignen sich Generatoren sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom. Der Schweißer muss nur darauf achten, dass er die Spannung und den Strom so einstellt, dass sie zu der ausgewählten Elektrode passen. Dabei stehen für Reparaturschweißungen von Werkzeugen mehr als 50 verschiedene Stabelektroden mit einer rutilen oder basischen Umhüllung zur Auswahl.

Rutilumhüllte Elektroden sorgen für einen stabilen und weichen Sprühlichtbogen. Dadurch reichen beim Schweißen geringe Stromstärken aus. Die Schweißraupe, die entsteht, ist glatt und deshalb gut geeignet, wenn Schnittkanten geschweißt werden sollen.

Weitere Pluspunkte sind, dass sich die Schlacke von selbst ablöst und die Schweißverbindung gute bis sehr gute mechanische Gütewerte erreicht. Trotzdem bleiben die mechanischen Gütewerte deutlich hinter denen zurück, die mit einer basisch umhüllten Elektrode möglich sind.

Bei basisch umhüllten Elektroden ist der Lichtbogen intensiver, was zu einer höheren Auftragung und einem stärkeren Einbrand führt. Die Schweißnaht ist weniger fein geschuppt. Ein Vorteil ist, dass die Schlacke nicht entfernt werden muss, wenn mehrere Lagen übereinander geschweißt werden. Außerdem hat das Schweißgut eine bessere Zähigkeit, der Gehalt an Wasserstoff kann unter 5 ppm betragen.

Das WIG-Schweißen

Beim WIG-Schweißen wird der Lichtbogen unter einem Mantel aus inertem Schutzgas wie Argon gezündet, indem zwischen dem Werkstück und der Wolframelektrode eine Hochfrequenzspannung angelegt wird.

Weil diese Spannung das Gas zwischen der Elektrode und dem Werkstück ionisiert, ist kein direkter Kontakt zwischen dem Werkstück und der Elektrode notwendig. Der Schweißstab, den der Schweißer schräg in den Lichtbogen führt, bildet den erforderlichen Schweißzusatzwerkstoff und schmilzt stromlos ab. Die Hülle aus inertem Gas sorgt dafür, dass das Schweißgut nicht oxidiert.

Für das WIG-Schweißen kann ein herkömmlicher Generator für das Lichtbogenhandschweißen verwendet werden, wenn er über einen entsprechenden Zusatzregler verfügt. Um die Wärmeentwicklung auf ein Minimum zu senken und so ein Abschmelzen der Elektrode zu verhindern, wird die Wolframelektrode immer am negativen Pol eines Gleichstromgenerators angeschlossen.

Vor allem wenn kleinere Werkzeuge repariert werden sollen, ist das WIG-Schweißen gut geeignet. Denn kleine Wolframelektroden machen es möglich, die Wärme konzentriert aufzubringen. Auch kleine Kanten oder komplexe Formen können so gezielt bearbeitet werden, ohne dass der Grundwerkstoff thermisch zu sehr beeinflusst wird.

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Rudolf Bozart, Baujahr 1964 Schweißfachingenieur, Gerd Meinken geboren 1972, Schweißwerkmeister, Thorsten Kamps, geboren 1981 Coautor und Christian Gülcan, Betreiber der Webseite, schreiben hier alles Wissenswerte zu Schweißtechniken und Schweißverfahren, geben Tipps und Anleitungen zu Berufen, Schweißgeräten, Materialkunde und Weiterbildung.

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