Die Metallurgie des Schweißens - Eisenwerkstoffe - Nichteisenmetallische Werkstoffe

Vorwort zur vierten Auflage

Vorwort zur ersten Auflage

Inhalt

Grundlagen der Werkstoffkunde und der Korrosion

1.1 Schweißtechnik erfordert die Werkstoffkunde

1.2 Aufbau metallischer Werkstoffe

1.2.1 Bindungsformen der Metalle

1.2.1.1 Metallische Bindung

1.2.1.3 Atombindung (kovalente Bindung)

1.2.1.2 Ionenbindung ( heteropolare Bindung)

1.2.2 Gitteraufbau der Metalle

1.2.2.1 Gitterbaufehler (Realkristalle)

1.2.3 Gefüge, Korn, Kristallit, Korngröße

1.3 Mechanische Eigenschaf-ten der Metalle

1.3.1 Verformungsvorgänge in Idealkristallen

1.3.2 Verformungsvorgänge in technischen Metallen

1.3.3 Verfestigung der Metalle

1.3.4 Einfl uss der Korngrenzen

1.4 Phasenumwandlungen

1.4.1 Phasenumwandlung fl üssig-fest

1.4.1.1 Primärkristallisation von (reinen) Metallen

1.4.1.2 Primärkristallisation von Legierungen

1.4.2 Phasenumwandlungen im festen Zustand

1.4.2.1 Diffusionskontrollierte Phasenumwandlungen

1.4.2.2 Diffusionslose Phasenumwand-lungen ( Martensitbildung)

1.5 Thermisch aktivierte Vorgänge

1.5.1 Diffusion

1.5.2 Erholung und Rekristallisation

1.5.3 Warmverformung

1.6 Grundlagen der Legierungskunde

1.6.1 Aufbau und Eigenschaften der Phasen

1.6.1.1 Mischkristalle

1.6.2 Zustandsschaubilder

1.6.2.1 Zustandsschaubild für vollkommene Löslichkeit im fl üssigen und festen Zustand

1.6.2.2 Eutektische Systeme

1.6.2.3 Systeme mit begrenzter Löslichkeit

1.6.2.4 Systeme mit intermediären Phasen

1.6.2.5 Systeme mit Umwandlungen im festen Zustand

1.6.3 Nichtgleichgewichtszustände

1.6.3.1 Kristallseigerung

1.6.3.2 Entartetes Eutektikum

1.6.4 Aussagefähigkeit und Bedeu-tung der Zustandsschaubilder für das Schweißen

1.6.4.1 Abschätzen des Schweißverhaltens

1.6.4.2 Mechanische Gütewerte

1.6.5 Dreistoffsysteme

1.6.5.1 Ternäre Schaubilder in ebener Darstellung

1.7 Grundlagen der Korrosion

1.7.1 Defi nitionen und Begriffe

1.7.2 Elektrochemische Vorgänge

1.7.3 Korrosionsmechanismen in wässrigen Lösungen

1.7.3.1 Wasserstoffkorrosion (Säurekorrosion)

1.7.3.2 Sauerstoffkorrosion

1.7.3.3 Das Korrosionsverhalten beeinfl ussende Faktoren Ionenkonzentration

1.7.4 Elektrochemische Polarisation

1.7.4.1 Stromdichte-Potenzial-Kurven

1.7.4.2 Aktivierungspolarisation

1.7.4.3 Konzentrationspolarisation

1.7.5 Passivität

1.7.6 Korrosionsarten

1.7.6.1 Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung

1.7.6.1.1 Kontaktkorrosion

1.7.6.1.2 Lochkorrosion (Lochfraß)

1.7.6.1.3 Spaltkorrosion (Berührungskorrosion)

1.7.6.1.4 Selektive Korrosion

1.7.6.1.5 Korrosionsvorgänge in besonderen Umgebungen

1.7.6.2 Korrosionsarten mit mechani-scher Beanspruchung 1.7.6.2.1 Spannungsrisskorrosion (SpRK)

1.7.6.2.2 Kavitation(skorrosion)

1.7.6.2.3 Erosion(skorrosion)

1.7.7 Gestaltungsrichtlinien; Werkstoffwahl

1.7.6.2.4 Reibkorrosion (»Fressen«)

1.7.7.2 Konzentrationselemente

1.7.7.1 Spalt-, Berührungskorrosion

1.7.7.3 Wasserlinienkorrosion, atmosphärische Korrosion

1.7.7.4 Kontaktkorrosion

1.7.7.5 Spannungsrisskorrosion (SpRK)

1.7.7.6 Besonderheiten beim Schweißen

1.7.8 Hinweise zum Korrosionsschutz

1.7.8.1 Aktive Schutzverfahren

1.7.8.2 Passive Schutzverfahren

1.8 Aufgaben zu Kapitel 1

1.9 Schrifttum

Stähle – Werkstoffgrundlagen

2.1 Allgemeines

2.2 Einteilung der Stähle

2.3 Stahlherstellung

2.3.1 Erschmelzungsverfahren

2.3.1.1 Sekundärmetallurgie

2.3.2 Vergießungsverfahren; Desoxidieren

2.3.2.1 Vergießen und Erstarren des Stahles

2.3.2.2 Unberuhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FU (U)

2.3.2.3 Beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen (R)

2.3.2.4 Besonders beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FF (RR)

2.4 Das Eisen-KohlenstoffSchaubild (EKS)

2.5 Die Wärmebehand lung der Stähle

2.5.1 Glühbehandlungen

2.5.1.1 Spannungsarmglühen

2.5.1.2 Normalglühen

2.5.2 Härten und Vergüten

2.5.2.1 Härten

2.5.2.2 Vergüten

2.5.3 Die Austenitumwandlung im ZTUund ZTA-Schaubild

2.5.3.1 ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung

2.5.3.2 ZTU-Schaubilder für isothermische Wärmeführung

2.5.3.3 Möglichkeiten und Grenzen der ZTU-Schaubilder

2.5.3.4 Anwendbarkeit der ZTU-Schaubilder auf Schweißvorgänge

2.5.3.5 ZTA-Schaubilder

2.6 Festigkeitserhöhung metallischer Werkstoffe

2.6.1 Prinzip der Festigkeitserhöhung

2.6.2 Abschätzen der maximalen Festigkeit

2.6.2.1 Theoretische Schubfestigkeit

2.6.2.2 Theoretische Kohäsionsfestigkeit

2.6.3 Methoden zum Erhöhen der Festigkeit

2.6.3.1 Kaltverfestigung

2.6.3.2 Mischkristallverfestigung

2.6.3.3 Ausscheidungshärtung

2.6.3.4 Korngrenzenhärtung

2.6.3.5 Martensithärtung

2.6.3.6 Thermomechanische Behandlung

2.7 Unlegierte und (niedrig-)legierte Stähle

2.7.1 Wirkung der Legierungselemente

2.7.2 Unlegierte Baustähle nach DIN EN 10025-2

2.7.3 Stähle für den Maschinen-und Fahrzeugbau

2.7.3.1 Vergütungsstähle

2.7.3.2 Einsatzstähle

2.7.4 Warmfeste Stähle

2.7.5 Kaltzähe Stähle

2.7.6 Feinkornbaustähle

2.7.6.1 Normalgeglühte Feinkornbaustähle

2.7.6.2 Thermomechanisch gewalzte Feinkornbaustähle

2.7.6.3 Vergütete Feinkornbaustähle

2.8 Korrosionsbeständige Stähle

2.8.1 Erzeugen und Erhalten der Korrosionsbeständigkeit

2.8.2 Korrosionsverhalten der Stähle in speziellen Medien

2.8.3 Werkstoffl iche Grundlagen

2.8.3.1 Die Zustandsschaubilder Fe-Cr, Fe-Ni

2.8.3.2 Das Zustandsschaubild Fe-Cr-Ni

2.8.3.3 Einfl uss wichtiger Legierungselemente Nickel

2.8.3.4 Ausscheidungsund Entmischungsvorgänge 2.8.3.4.1 Interkristalline Korrosion (IK)

2.8.3.4.2 Sigma-Phase (

2.8.3.4.3 475 °C-Versprödung

2.8.4 Einteilung und Stahlsorten

2.8.4.1 Martensitische Chromstähle

2.8.4.2 Ferritische Chromstähle

2.8.4.3 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle

Stickstoffl egierte austenitische Stähle

2.8.4.4 Austenitisch-ferritische Stähle ( Duplexstähle)

2.9 Aufgaben zu Kapitel 2

2.10 Schrifttum

Einfl uss des Schweißprozes ses auf die Eigenschaften der Verbindung

3.1 Schweißbarkeit – Begriff und Defi nition

3.1.1 Schweißeignung

3.1.2 Schweißsicherheit

3.1.3 Schweißmöglichkeit

3.1.4 Bewertung und Folgerungen

3.2 Schweißeignung der Stähle

3.2.1 Unlegierte Stähle

3.2.1.1 Erschmelzungsund Vergießungsart

3.2.1.2 Chemische Zusammensetzung

3.2.2 Legierte Stähle

3.3 Wirkung der Wärmequelle

3.3.1 Temperatur-Zeit-Verlauf

3.3.2 Eigenspannung; Schrumpfung, Verzug

3.3.2.1 Querschrumpfung

3.3.2.2 Winkelschrumpfung

3.3.2.3 Längsschrumpfung

3.3.2.4 Haupteinfl üsse auf Schrump-fungen und Spannungen Wärmemenge und Schweißverfahren

3.3.3 Metallurgische Wirkungen des Temperatur-Zeit-Verlaufs

3.3.3.1 Sauerstoff

3.3.3.2 Stickstoff

3.3.3.3 Wasserstoff

3.4 Das Sprödbruchproblem

3.4.1 Werkstoffmechanische Grundlagen

3.4.2 Probleme konventioneller Berechnungskonzepte

3.4.3 Sprödbruchbegünstigende Faktoren

3.4.3.1 Werkstoffl iche Faktoren

3.4.3.2 Konstruktive Faktoren

3.5 Fehler in der Schweißverbindung

3.4.4 Maßnahmen zum Abwenden des Sprödbruchs

3.5.1 Metallurgische Fehler

3.5.1.1 Die Wirkung der Gase

3.5.1.2 Fehler beim Schweißbeginn und Schweißende

3.5.1.3 Probleme des Einbrands

3.5.1.4 Einschlüsse; Schlacken

3.5.1.5 Zündstellen

3.5.1.6 Rissbildung im Schweißgut und in der WEZ

3.5.2 Bewertung der Fehler

3.6 Aufgaben zu Kapitel 3

3.7 Schrifttum

Schweißmetallurgie der Eisenwerkstoffe

4.1 Aufbau der Schweißverbindung

4.1.1 Vorgänge im Schweißbad

4.1.1.1 Die Primärkristallisation der Schweißschmelze

4.1.1.2 Massentransporte im Schweißbad

4.1.2 Werkstoffl iche Vorgänge in der Wärmeeinfl usszone

4.1.3 Die WEZ in Schweißverbin-dungen aus umwandlungs-fähigen Stählen

4.1.3.1 Der Einfl uss des Nahtaufbaus; Einlagen-, Mehrlagentechnik

4.1.3.2 Eigenschaften und mechanische Gütewerte

4.1.3.3 Vorwärmen der Fügeteile

4.1.3.4 Einfl uss der Stahlherstellungsart und der chemischen Zusammensetzung

4.1.4 Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe

4.2 Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe zum Schweißen unlegierter Stähle und von Feinkornbaustählen

4.2.1 Konzepte der Normung

4.2.2 Metallurgische Betrachtungen

4.2.3 Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze bis 500 N/mm2

4.2.3.1 Umhüllte Stabelektroden für das Licht bogenhandschweißen ( DIN EN ISO 2560)

4.2.3.1.1 Aufgaben der Elektrodenumhüllung

4.2.3.1.2 Metallurgische Grundlagen

4.2.3.1.3 Eigenschaften der wichtigsten Stabelektroden

4.2.3.1.4 Bedeutung des Wasserstoffs

Zellulose-umhüllte Stabelektroden (C)

4.2.3.1.5 Normung der umhüllten Stabelektroden

4.2.3.2 Schweißzusätze für das Schutzgasschweißen

4.2.3.3 Schweißzusätze für das UP-Schweißen

4.2.3.3.1 Drahtelektroden

4.2.3.3.2 Schweißpulver

4.3 Schweißen der wichtigsten Stahlsorten

4.2.4 Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze über 500 N/mm2

4.3.1 Unlegierte niedriggekohlte C-Mn-Stähle

4.3.1.1 Baustähle nach DIN EN 10025-2

4.3.2 Feinkornbaustähle; normalgeglüht und thermo-mechanisch behandelt

4.3.2.1 Allgemeine Konzepte

4.3.2.2 Einfl uss der Abkühlbedingungen auf die mechanischen Gütewerte der Verbindung

4.3.2.3 Fertigungstechnische Hinweise Nahtvorbereitung

4.3.2.4 Schweißzusatzwerkstoffe

4.3.3 Feinkornbaustähle; vergütet

4.3.4 Höhergekohlte Stähle

4.3.5 Warmfeste Stähle

4.3.5.1 Ferritische Stähle (ferritisch-perlitisch)

4.3.5.2 Ferritische Stähle (ferritisch-bainitisch)

4.3.5.3 Ferritische Stähle (martensitisch)

4.3.5.4 Austenitische Stähle

4.3.5.5 Versprödungsund Rissmechanismen

4.3.6 Kaltzähe Stähle

4.3.7 Korrosionsbeständige Stähle

4.3.7.1 Einfl uss der Verarbeitung auf das Korrosionsverhalten

4.3.7.2 Konstitutions-Schaubilder

4.3.7.4 Ferritische und halbferritische Stähle

4.3.7.5 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle

4.3.7.6 Austenitisch-ferritische Stähle ( Duplexstähle)

4.3.8 Verbinden/Auftragen unterschiedlicher Werkstoffe

4.3.8.1 Austenit-FerritVerbindungen

4.3.8.2 Schweißplattieren

4.3.8.3 Schweißpanzern

4.4 Eisen-Gusswerkstoffe

4.4.1 Stahlguss (G, GS, GE, GX)

4.4.1.1 Stahlguss für allgemeine Verwendung

4.4.1.2 Hochfester schweißgeeigneter Stahlguss

4.4.1.3 Legierter Stahlguss

4.4.2 Gusseisen (EN-GJL, alt: GG; EN-GJS, alt: GGG; ISO/JV, alt: GJV)

4.4.2.1 Gusseisen mit Lamellengrafi t (EN-GJL, alt: GG)

4.4.2.2 Gusseisen mit Kugelgrafi t (EN-GJS, alt: GGG)

4.4.3 Temperguss (EN-GJMW, alt: GTW; EN-GJMB, alt: GTS)

4.4.3.1 Weißer Temperguss (EN-GJMW, alt: GTW)

4.4.3.2 Schwarzer Temperguss (EN-GJMB, alt: GTS)

4.5 Aufgaben zu Kapitel 4

4.6 Schrifttum

Schweißmetallurgie der nichteisenmetallischen Werkstoffe

5.1 Die WEZ in Schweiß-verbindungen aus Nichteisenmetallen

5.1.1 Einphasige Werkstoffe

5.1.2 Mehrphasige Werkstoffe

5.1.3 Ausscheidungshärtende Legierungen

5.1.4 Hochreaktive Werkstoffe

5.1.5 Kaltverfestigte Werkstoffe

5.2 Schwermetalle

5.2.1 Kupfer und Kupferlegierungen

5.2.1.1 Hinweise zum Schweißen 5.2.1.1.1 Kupfer

5.2.1.1.2 Kupferlegierungen

5.2.2 Nickel und Nickellegierungen

5.2.2.1 Einfl uss der Legierungselemente auf das Schweißverhalten

5.2.2.2 Schweißmetallurgie 5.2.2.2.1 Allgemeine Werkstoffprobleme

5.2.2.3 Schweißpraxis

5.3 Leichtmetalle

5.3.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen

5.3.1.1 Lieferformen

5.3.1.2 Bezeichnungsweise

5.3.1.3 Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte

5.3.1.4 AluminiumKnetlegierungen

5.3.1.5 AluminiumGusslegierungen

5.3.1.6 Ausscheidungshärtende Aluminiumlegierungen

5.3.1.7 Aluminium-Sonderlegierungen

5.3.1.8 Schweißzusatzwerkstoffe

5.3.1.9 Schweißpraxis

5.3.1.9.1 Vorbereitende Maßnahmen

5.3.1.9.2 Schweißverfahren

5.3.2 Magnesium und Magnesiumlegierungen

5.3.3 Beryllium

5.4 Hochschmelzende und hochreaktive Werkstoffe

5.4.1 Titan und Titanlegierungen

5.4.1.1 Eigenschaften und Schweiß-verhalten der Titanwerkstoffe

5.4.1.2 Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte

5.4.1.3 Schweißpraxis

5.4.2 Molybdän und Molybdänlegierungen

5.4.3 Zirkonium und Zirkoniumlegierungen

5.5 Aufgaben zu Kapitel 5

5.6 Schrifttum

6 Anhang (spezielle Werkstoffprüfverfahren)

6.1 Prüfung auf Heißrissanfälligkeit

6.1.2 Verfahren mit Fremd-beanspruchung der Probe

6.1.1 Verfahren mit Selbst-beanspruchung der Probe

6.2 Prüfung auf Kaltrissanfälligkeit

6.2.1 Implant-Test

6.2.2 Der

6.3 Der Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN 10045)

6.4 Der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch

6.5 Das COD-Konzept von

6.6 Schrifttum

7 Sachwortverzeichnis