Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil II

Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil II

Im Werkzeugbau ist das Schweißen Standard. Denn spezielle Werkzeuge in Bereichen wie zum Beispiel dem Karosseriebau sind sehr teuer. Reparaturen, Instandsetzungen oder Umbauten mittels Schweißarbeiten können dann sowohl Zeit als auch Geld sparen. Die Stähle, die im Werkzeugbau zum Einsatz kommen, haben allerdings meist einen hohen Kohlenstoff-Gehalt. Der Schweißer muss die Temperaturen deshalb genau im Blick haben, um Spannungsänderungen im Gefüge und Risse in der Schweißzone zu vermeiden.

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Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil II

In Form eines ausführlichen Ratgebers vermitteln wir in einer Beitragsreihe Fachinformationen zum Schweißen im Werkzeugbau. Dabei ging es in Teil I um die Stähle und die üblichen Schweißverfahren im Werkzeugbau.

Hier ist Teil II!:

Das MSG- und Fülldrahtschweißen im Werkzeugbau

Wie wir in Teil I des Ratgebers schon beschrieben haben, sind das E-Hand, das WIG- und das MSG-Schweißen die drei gängigsten Verfahren im Werkzeugbau.

Beim MSG- und Fülldrahtschweißen führt eine Fördereinrichtung dem Lichtbogen eine meist positiv geladene, endlose Drahtelektrode zu. Diese schmilzt unter einem Schutzmantel ab, der aus aktivem oder inertem Gas bestehen kann.

Die Stromquelle, die über spezielle Schweißeigenschaften verfügt, hat eine flache Belastungskennlinie. Je nach Stärke des Schweißstroms kann der Lichtbogen verschiedene Formen annehmen. Dazu gehören der Kurz-, der Übergangs-, der Lang- und der Impulslichtbogen.

Die einzelnen Lichtbogenarten unterscheiden sich in der Wärmeeinbringung und Abschmelzleistung, dem Werkstoffübergang und der Spritzerbildung voneinander. Ein wichtiger Punkt bei der Auswahl ist deshalb die Dicke das Blechs, das geschweißt werden soll.

Die metallverarbeitende Industrie setzt das MSG-Schweißen beim wirtschaftlichen Fügen von großen Mengen an Schweißgut ein. Das Beschichten von großen Schermessern aus unlegierten Stählen oder von Walzen und das Füllschweißen von Schmiedegesenken oder deren Hohlformen sind Beispiele für klassische Schweißarbeiten im Werkzeugbau.

Fülldrahtelektroden setzen sich aus einer Füllung in Pulverform und einer metallischen Umhüllung in Rohrform zusammen. Je nach Füllung werden sie in Rutiltypen, basische Typen und Metallpulvertypen unterschieden.

Während Gas-geschützte Fülldrähte die gleiche Abdeckung mit Schutzgas benötigen wie Elektroden aus massivem Draht, enthalten selbstschützende Fülldrahtelektroden in ihrer Füllung einen hohen Gehalt an Stoffen, die Gase bilden.

Damit sich die Schutzgase ausreichend entwickeln können, sollte das Drahtende aber mindestens 2 cm frei sein. Die Fülldrähte, die im Werkzeugbau verwendet werden, haben in aller Regel einen Durchmesser von 1,2 oder 1,6 mm.

Die Schweißzusätze im Werkzeugbau

Im Werkzeugbau müssen die verwendeten Zusatzwerkstoffe eine hohe Qualität haben. Denn für die verschiedenen Anwendungen eines Werkzeugs muss die Schweißstelle die jeweiligen Eigenschaften erfüllen, die zum Beispiel an die Härte, die Zähigkeit, die Beständigkeit gegenüber Verschleiß oder den Widerstand gegen Oxidation gestellt werden.

Die chemische Zusammensetzung des Schweißguts ergibt sich daraus, wie der Grundwerkstoff und der Schweißzusatz zusammengesetzt sind und wie viel Grundwerkstoff beim Schweißen geschmolzen ist.

Die Schweißnähte an Werkzeugen kennzeichnen sich durch eine hohe Härte. Deshalb  neigen sie zu Rissen, die von Partikeln aus Schlacke oder Poren verursacht werden. Aus diesem Grund muss der Schweißer einen Zusatzwerkstoff auswählen, der ein sauberes Schweißgut ohne Poren, Risse und nichtmetallische Einschlüsse ermöglicht.

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Bei Werkzeugstählen sind generell Zusatzwerkstoffe mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie die Grundwerkstoffe ratsam. Soll zum Beispiel ein weichgeglühter Stahl geschweißt werden, weil zum Beispiel ein Werkzeug oder eine Form im Zuge der Herstellung korrigiert werden muss, braucht der Zusatzwerkstoff die gleichen Eigenschaften für die Wärmebehandlung wie der Grundwerkstoff.

Sonst weißt die Schweißstelle später eine andere Härte auf. Hinzu kommt, dass die Gefahr von Rissen während des Härtens steigt, wenn sich die chemischen Zusammensetzungen stärker voneinander unterscheiden.

Schweißstäbe für das WIG-Schweißen und Drähte für das MSG-Schweißen bestehen im Normalfall aus Stählen, die im Elektroschlacke-Umschmelzverfahren entstanden sind. Die Werkzeugstähle, die geschweißt werden, sollten damit übereinstimmen.

Beim E-Hand-Schweißen kommen hauptsächlich basische Elektroden zum Einsatz. Verglichen mit Rutilelektroden, ist das Schweißgut bei basischen Elektroden nämlich reiner. Außerdem enthält das Schweißgut weniger Wasserstoff.

Die Vorarbeiten vor dem Schweißen

Bevor Werkzeuge geschweißt werden können, ist eine sorgfältige Vorbereitung Pflicht. Dazu gehört, dass der Schweißer zunächst die Schweißeignung feststellt. Sie bestimmt sich danach, ob das Werkstück weichgeglüht oder vergütet ist.

Wurde das Werkzeug mittels Abschrecken gehärtet und danach nicht angelassen, also thermisch nicht weiter nachbehandelt, darf es nicht geschweißt werden.

Außerdem muss der Schweißer prüfen, ob das Werkzeug Risse aufweist. Meist wird dafür ein Verfahren angewendet, bei dem Farbe in den Werkstoff eindringt. Sind Risse vorhanden, müssen sie sorgfältig ausgeschliffen werden. Nach dem Schleifen sollte der Boden für die Schweißnaht abgerundet sein und die Seitenkanten mindestens einen 30-Grad-Winkel zur Senkrechten haben.

Der Abstand zwischen dem Steg und dem Nahtboden sollte gut 1 mm größer sein als der Durchmesser der dicksten Elektrode, die zum Einsatz kommt.

Schadstellen an Warmarbeitswerkzeugen, die auf Warmrisse oder Erosion zurückgehen, müssen bis zum fehlerfreien Untergrundmetall abgetragen werden. Bevor der Schweißer mit dem Fügen beginnt, sollte er die abgeschliffenen Flächen mit einem fluoreszierenden Mittel behandeln. Dadurch kann er kontrollieren, ob tatsächlich alle Beschädigung beseitigt sind.

Anschließend werden die Schweißstelle und die umliegenden Oberflächen gründlich gereinigt, um sämtliche Rückstände von Prüfmitteln, Ölen und Fetten zu entfernen. Die Reinigung ist notwendig, weil eine Wasserstoffversprödung Risse beim oder nach dem Schweißen hervorrufen könnte.

Eine Wasserstoffversprödung tritt auf, wenn im Zuge des Schweißvorgangs Wasserstoff aufgenommen wird und das hochharte Gefüge im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone erstarrt.

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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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