Flugzeugschweißen

Das Schweißen lässt sich bis in die Bronzezeit zurückverfolgen, aber erst im 19. Jahrhundert wurde das Schweißen, wie wir es heute kennen, erfunden. Einige der ersten erfolgreich kommerziell hergestellten Flugzeuge wurden aus geschweißten Stahlrohrrahmen konstruiert.

Als sich die Technologie und die Herstellungsprozesse in der Luft- und Raumfahrtindustrie weiterentwickelten, wurden leichtere Metalle wie Aluminium, Magnesium und Titan für ihre Konstruktion verwendet. Neue Prozesse und Methoden zum Schweißen dieser Metalle wurden entwickelt. Dieses Kapitel enthält einige der grundlegenden Informationen, die zum Verständnis und zur Einführung der verschiedenen Schweißmethoden und -prozesse erforderlich sind. 

Traditionell wird Schweißen als ein Prozess definiert, bei dem Metall durch Schmelzen oder Hämmern der Werkstücke verbunden wird, bis sie miteinander verbunden sind. Mit der richtigen Ausrüstung und Anleitung kann fast jeder mit einigen grundlegenden mechanischen Fähigkeiten, Geschicklichkeit und Übung das Schweißen lernen.

Es gibt drei allgemeine Arten des Schweißens: Gas-, Lichtbogen- und elektrisches Widerstandsschweißen. Jede Schweißart hat mehrere Variationen, von denen einige im Flugzeugbau verwendet werden. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren einige neue Schweißverfahren entwickelt, die zu Informationszwecken hervorgehoben sind. 

Dieses Kapitel befasst sich mit Schweißgeräten, Methoden und verschiedenen Techniken, die während der Reparatur von Flugzeugen und der Herstellung von Komponententeilen verwendet werden, einschließlich der Prozesse des Hartlötens und Weichlötens verschiedener Metalle.

Arten des Schweißens 

Gasschweißen 

Das Gasschweißen wird durch Erhitzen der Enden oder Kanten von Metallteilen in einen geschmolzenen Zustand mit einer Hochtemperaturflamme erreicht. Die Oxy-Acetylen-Flamme mit einer Temperatur von etwa 6.300 °Fahrenheit (F) wird mit einem Brenner erzeugt, der Acetylen verbrennt und es mit reinem Sauerstoff vermischt. Wasserstoff kann anstelle von Acetylen zum Schweißen von Aluminium verwendet werden, aber die Wärmeabgabe wird auf etwa 4.800 ° F reduziert. Das Gasschweißen war bis Mitte der 1950er Jahre das am häufigsten verwendete Verfahren in der Produktion von Flugzeugmaterialien mit einer Dicke von weniger als 3/16 Zoll, als es aus wirtschaftlichen (nicht technischen) Gründen durch Elektroschweißen ersetzt wurde. Das Gasschweißen ist nach wie vor ein sehr beliebtes und bewährtes Verfahren für Reparaturarbeiten.   

Nahezu das gesamte Gasschweißen im Flugzeugbau wird mit Sauerstoff-Acetylen-Schweißgeräten durchgeführt, bestehend aus:

• Zwei Flaschen, Acetylen und Sauerstoff. 

• Acetylen- und Sauerstoffdruckregler und Flaschenmanometer. 

• Zwei farbige Schläuche (rot für Acetylen und grün für Sauerstoff) mit Adapteranschlüssen für Regler und Brenner. 

• Ein Schweißbrenner mit internem Mischkopf, Düsen in verschiedenen Größen und Schlauchanschlüssen. 

• Schweißerbrille mit geeigneten farbigen Gläsern. 

• Ein Feuerstein oder Funkenfeuerzeug. 

• Spezialschlüssel für Acetylen-Flaschenventil, falls erforderlich. 

• Ein angemessen bemessener Feuerlöscher.

Die Ausrüstung kann dauerhaft in einer Werkstatt installiert sein, aber die meisten Schweißausrüstungen sind tragbar.

Lichtbogenschweißen 

Elektrisches Lichtbogenschweißen wird in großem Umfang von der Flugzeugindustrie sowohl bei der Herstellung als auch bei der Reparatur von Flugzeugen verwendet. Es kann zum Verbinden aller schweißbaren Metalle verwendet werden, vorausgesetzt, dass die richtigen Verfahren und Materialien verwendet werden. Die vier Arten des Lichtbogenschweißens werden in den folgenden Abschnitten behandelt. 

Abgeschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW) 

Das Shielded Metal Arc Welding (SMAW) ist die gebräuchlichste Art des Schweißens und wird normalerweise als „Stick“-Schweißen bezeichnet. Die Ausrüstung besteht aus einem mit einem Schweißpulver beschichteten Metallwalzdraht, der in einen Elektrodenhalter eingespannt ist, der über ein schweres elektrisches Kabel mit Niederspannung und Hochstrom verbunden ist, je nach Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC). von der Art des Schweißens ab. Zwischen der Stange und dem Werkstück wird ein Lichtbogen gezündet, der eine Hitze von über 10.000 °F erzeugt, die sowohl das Material als auch die Stange schmilzt. Der Schweißkreis besteht aus einem Schweißgerät, zwei Leitungen, einem Elektrodenhalter, einer Elektrode und dem zu schweißenden Werkstück.

Wenn die Elektrode das zu schweißende Metall berührt, ist der Stromkreis geschlossen und der Strom fließt. Die Elektrode wird dann ungefähr 1/4 Zoll aus dem Metall herausgezogen, um einen Luftspalt zwischen dem Metall und der Elektrode zu bilden. Wenn der richtige Spalt eingehalten wird, überbrückt der Strom den Spalt und bildet einen anhaltenden elektrischen Funken, den sogenannten Lichtbogen. Diese Aktion schmilzt die Elektrode und die Flussmittelbeschichtung. 

Wenn das Flussmittel schmilzt, setzt es ein Inertgas frei, das die geschmolzene Pfütze vor Sauerstoff in der Luft schützt, um eine Oxidation zu verhindern.

Das geschmolzene Flussmittel bedeckt die Schweißnaht und härtet zu einer luftdichten Schlacke aus, die die Schweißraupe beim Abkühlen schützt. Einige Flugzeughersteller wie Stinson verwendeten dieses Verfahren zum Schweißen von Rumpfstrukturen aus 4130-Stahl. Darauf folgte eine Wärmebehandlung in einem Ofen, um Spannungen abzubauen und die Struktur zu normalisieren. Die Abbildung zeigt eine typische Lichtbogenschweißmaschine mit Kabeln, Masseklemme und Elektrodenhalter.

Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) 

Das Metallschutzgasschweißen (GMAW) wurde früher als Gas-Inertgas-Schweißen (MIG) bezeichnet. Es ist eine Verbesserung gegenüber dem Stabschweißen, da eine unbeschichtete Drahtelektrode in und durch den Brenner geführt wird und ein Inertgas wie Argon, Helium oder Kohlendioxid um den Draht herum strömt, um die Pfütze vor Sauerstoff zu schützen. Die Stromversorgung ist mit dem Brenner und dem Werkstück verbunden, und der Lichtbogen erzeugt die intensive Hitze, die zum Schmelzen des Werkstücks und der Elektrode erforderlich ist.  

Niederspannungs-Hochstrom-Gleichstrom wird typischerweise beim GMAW-Schweißen verwendet. Die Abbildung zeigt die Ausrüstung, die für eine typische MIG-Schweißeinrichtung erforderlich ist.  

Dieses Schweißverfahren kann für Herstellungs- und Produktionsarbeiten in großen Mengen verwendet werden; es ist nicht gut für Reparaturarbeiten geeignet, da die Schweißnahtqualität ohne zerstörende Prüfung nicht einfach bestimmt werden kann. Die Abbildung zeigt eine typische Stromquelle für das MIG-Schweißen. 

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) 

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) ist eine Methode des Lichtbogenschweißens, die die meisten Anforderungen bei der Wartung und Reparatur von Flugzeugen erfüllt, wenn die richtigen Verfahren und Materialien verwendet werden. Es ist die bevorzugte Methode für Edelstahl, Magnesium und die meisten Formen von dickem Aluminium. Es ist allgemein bekannt als Tungsten Inert Gas (TIG) Schweißen und unter den Handelsnamen Heliarc oder Heliweld. Diese Namen leiten sich vom ursprünglich verwendeten Edelgas Helium ab.

Die ersten beiden Verfahren des Lichtbogenschweißens, die angesprochen wurden, verwendeten eine abschmelzende Elektrode, die den Füllstoff für die Schweißnaht erzeugte. Beim WIG-Schweißen ist die Elektrode ein Wolframstab, der den Weg für den Lichtbogen mit hoher Stromstärke zwischen ihm und dem Werkstück bildet, um das Metall bei über 5.400 °F zu schmelzen. Die Elektrode wird nicht verbraucht und als Füllmaterial verwendet, daher wird ein Schweißstab manuell in die geschmolzene Pfütze fast auf die gleiche Weise wie bei Verwendung eines Acetylen-Sauerstoffbrenners eingeführt. Ein Inertgasstrom wie Argon oder Helium strömt um die Elektrode herum und umhüllt den Lichtbogen, wodurch die Bildung von Oxiden in der Schmelzpfütze verhindert wird.

• Wählen Sie entweder die Schweißgeräteinstellung auf gerade Gleichstrompolarität (das Werkstück ist positiv und der Brenner negativ), wenn Sie unlegierten Stahl, rostfreien Stahl und Titan schweißen; oder 

• Wählen Sie AC zum Schweißen von Aluminium und Magnesium.

Die Abbildung zeigt eine typische Stromquelle für das WIG-Schweißen zusammen mit einem Brenner, einer fußbetätigten Stromregelung, einem Regler für Inertgas und verschiedenen Stromkabeln.

Elektrisches Widerstandsschweißen 

Elektrisches Widerstandsschweißen, entweder Punktschweißen oder Nahtschweißen, wird typischerweise verwendet, um dünne Blechkomponenten während des Herstellungsprozesses zu verbinden. 

Punktschweißen 

In den Backen der Punktschweißmaschine werden zwei Kupferelektroden gehalten, zwischen denen das zu schweißende Material eingespannt wird. Es wird Druck ausgeübt, um die Elektroden fest zusammenzuhalten, und elektrischer Strom fließt durch die Elektroden und das Material. Der Widerstand des zu schweißenden Materials ist so viel höher als der der Kupferelektroden, dass genügend Wärme erzeugt wird, um das Metall zu schmelzen. Der Druck auf die Elektroden zwingt die geschmolzenen Punkte in den beiden Metallstücken dazu, sich zu vereinen, und dieser Druck wird gehalten, nachdem der Strom nicht mehr fließt, lange genug, damit sich das Metall verfestigt. Die Stromstärke, der Druck und die Verweilzeit werden alle sorgfältig gesteuert und auf die Art des Materials und die Dicke abgestimmt, um die richtigen Schweißpunkte zu erzeugen. 

Nahtverschweißung 

Anstatt die Elektroden zu lösen und das Material zu bewegen, um eine Reihe von Punktschweißungen zu bilden, wird eine Nahtschweißmaschine verwendet, um Kraftstofftanks und andere Komponenten herzustellen, bei denen eine durchgehende Schweißnaht erforderlich ist. Zwei Kupferräder ersetzen die stabförmigen Elektroden. Das zu schweißende Metall wird zwischen ihnen bewegt, und elektrische Impulse erzeugen Punkte aus geschmolzenem Metall, die sich überlappen, um die durchgehende Naht zu bilden.

Plasmalichtbogenschweißen (PAW) 

Das Plasmalichtbogenschweißen (PAW) wurde 1964 als Methode entwickelt, um den Lichtbogenschweißprozess besser steuern zu können. PAW bietet ein fortschrittliches Maß an Kontrolle und Genauigkeit mit automatisierten Geräten zur Herstellung hochwertiger Schweißnähte in Miniatur- und Präzisionsanwendungen. Darüber hinaus ist PAW gleichermaßen für den manuellen Betrieb geeignet und kann von einer Person mit ähnlichen Fähigkeiten wie WIG durchgeführt werden.

Beim Plasmaschweißbrenner befindet sich eine nicht abschmelzende Wolframelektrode in einer fein gebohrten Kupferdüse. Zwischen Brennerelektrode und Düsenspitze wird ein Pilotlichtbogen gezündet. Dieser Lichtbogen wird dann auf das zu schweißende Metall übertragen.

Indem das Plasmagas und der Lichtbogen durch eine verengte Öffnung gepresst werden, liefert der Brenner eine hohe Wärmekonzentration auf eine kleine Fläche. Das Plasmaverfahren erzeugt Schweißnähte von außergewöhnlich hoher Qualität.

Plasmagas ist normalerweise Argon. Der Brenner verwendet auch ein Sekundärgas wie Argon/Helium oder Argon/Stickstoff, das dabei hilft, die geschmolzene Schweißpfütze abzuschirmen und die Oxidation der Schweißnaht zu minimieren. 

Wie das GTAW-Verfahren kann das PAW-Verfahren zum Schweißen der meisten handelsüblichen Metalle und für eine Vielzahl von Metalldicken verwendet werden. Auf dünnem Material, von Folie bis 1/8 Zoll, ist das Verfahren wegen der geringen Wärmezufuhr wünschenswert. Das Verfahren stellt eine relativ konstante Wärmezufuhr bereit, da Schwankungen der Lichtbogenlänge nicht sehr kritisch sind. Bei Materialdicken von mehr als 1/8 Zoll und unter Verwendung von automatisierten Geräten wird häufig eine Schlüssellochtechnik verwendet, um vollständig durchdringende Einzelpfadschweißnähte herzustellen. Bei der Schlüssellochtechnik dringt das Plasma vollständig in das Werkstück ein. Das geschmolzene Schweißmetall fließt zur Rückseite des Schlüssellochs und verfestigt sich, wenn sich der Brenner weiterbewegt. Die hergestellten hochwertigen Schweißnähte zeichnen sich durch einen tiefen, schmalen Einbrand und eine kleine Schweißfläche aus.  

Wenn PAW manuell durchgeführt wird, erfordert der Prozess ein hohes Maß an Schweißkenntnissen, ähnlich denen, die für GTAW erforderlich sind. Die Ausrüstung ist jedoch komplexer und erfordert ein hohes Maß an Wissen, um eingerichtet und verwendet zu werden. Die für PAW erforderliche Ausrüstung umfasst ein Schweißgerät, eine spezielle Plasmalichtbogensteuerung, den Plasmaschweißbrenner (wassergekühlt), die Plasma- und Schutzgasquelle und bei Bedarf Zusatzmaterial. Aufgrund der mit dieser Ausrüstung verbundenen Kosten ist dieses Verfahren außerhalb von Herstellungsanlagen sehr begrenzt.

Plasmalichtbogenschneiden 

Wenn ein Plasmaschneidbrenner verwendet wird, ist das Gas normalerweise Druckluft. Die Plasmaschneidemaschine arbeitet, indem sie einen elektrischen Lichtbogen in einer Düse einschnürt und das ionisierte Gas durch sie zwingt. Dadurch wird das Gas erhitzt, das das Metall schmilzt, das durch den Luftdruck weggeblasen wird. Durch Erhöhen des Luftdrucks und Intensivieren des Lichtbogens mit höheren Spannungen ist der Schneideplotter in der Lage, durch dickere Metalle zu strahlen und die Schlacke mit minimaler Reinigung wegzublasen. 

Plasmalichtbogensysteme können alle elektrisch leitfähigen Metalle schneiden, einschließlich Aluminium und Edelstahl. Diese beiden Metalle können nicht mit Autogen-Schneidsystemen geschnitten werden, da sie eine Oxidschicht haben, die eine Oxidation verhindert. Plasmaschneiden funktioniert gut bei dünnen Metallen und kann Messing und Kupfer mit einer Dicke von mehr als zwei Zoll erfolgreich schneiden.

Plasmaschneidmaschinen können jedes elektrisch leitende Metall ohne Vorheizen schnell und präzise durchschneiden, aushöhlen oder durchbohren. Der Plasmaschneider erzeugt eine präzise Schnittfugenbreite und eine kleine Wärmeeinflusszone (HAZ), die ein Verziehen und eine Beschädigung verhindert.

Verschiedene Flammen 

Die drei üblicherweise zum Schweißen verwendeten Flammenarten sind neutral, aufkohlend und oxidierend. Jeder dient einem bestimmten Zweck. 

Neutrale Flamme:  Die neutrale Flamme brennt bei ca. 5.850 °F an der Spitze des inneren Leuchtkegels und wird durch eine ausgewogene Mischung aus Acetylen und Sauerstoff erzeugt, die von der Taschenlampe geliefert wird. Die neutrale Flamme wird für die meisten Schweißarbeiten verwendet, da sie die Zusammensetzung des Grundmetalls nicht verändert. Wenn Sie diese Flamme auf Stahl verwenden, ist die Pfütze aus geschmolzenem Metall ruhig und klar, und das Metall fließt, um eine gründlich verschmolzene Schweißnaht ohne Brennen oder Funkenbildung zu ergeben.

Aufkohlungsflamme: Die Aufkohlungsflamme brennt bei etwa 5.700 °F an der Spitze des inneren Kerns. Sie wird auch als reduzierende Flamme bezeichnet, da sie dazu neigt, die Sauerstoffmenge in den Eisenoxiden zu reduzieren. Die Flamme brennt mit einem groben Rauschen und hat einen bläulich-weißen Innenkegel, einen weißen Mittelkegel und einen hellblauen Außenkegel.

Die Flamme entsteht durch die Verbrennung von mehr Acetylen als Sauerstoff und ist an der grünlichen Federspitze am Ende des Kegels zu erkennen. Je länger die Feder, desto mehr Acetylen ist in der Mischung. Für die meisten Schweißarbeiten sollte die Länge der Feder etwa doppelt so lang sein wie der Innenkonus.

Die Aufkohlungsflamme wird am besten zum Schweißen von Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt, zum Hartauftragen und zum Schweißen von Nichteisenlegierungen wie Aluminium, Nickel und Monel verwendet.

Oxidierende Flamme: Die oxidierende Flamme brennt bei etwa 6.300 °F und wird durch Verbrennen eines Sauerstoffüberschusses erzeugt. Um diese Flamme zu erzeugen, braucht man etwa zwei Teile Sauerstoff auf einen Teil Acetylen. Sie ist an der kürzeren äußeren Flamme und dem kleinen, weißen, inneren Kegel zu erkennen. Um diese Flamme zu erhalten, beginnen Sie mit einer neutralen Flamme und öffnen Sie dann das Sauerstoffventil, bis der innere Kegel etwa ein Zehntel seiner ursprünglichen Länge hat. Die oxidierende Flamme macht ein zischendes Geräusch, und der innere Kegel ist an der Spitze etwas spitz und violett gefärbt. 

Die oxidierende Flamme hat einige spezifische Anwendungen. Beim Bronzeschweißen (Löten) von Stahl und Gusseisen wird eine leicht oxidierende Flamme verwendet. Beim Schmelzschweißen von Messing und Bronze wird eine stärker oxidierende Flamme verwendet. Wenn eine oxidierende Flamme auf Stahl verwendet wird, führt dies dazu, dass das geschmolzene Metall schäumt, Funken abgibt und brennt.

Weiche oder harte Flammen: Mit jeder Spitzengröße kann eine neutrale, aufkohlende oder oxidierende Flamme erzielt werden. Es ist auch möglich, eine weiche oder harte Flamme zu erhalten, indem der Arbeitsdruck beider Gase verringert oder erhöht wird (unter Beachtung des maximalen Arbeitsdrucks von 15 psi für Acetylengas).

Für einige Arbeiten kann es wünschenswert sein, eine weiche oder langsame Flamme ohne Verringerung der Wärmeleistung zu haben. Dies kann erreicht werden, indem der Arbeitsdruck mit einer größeren Düse reduziert und die Brennerventile geschlossen werden, bis die neutrale Flamme ruhig und stabil ist. Es ist besonders wünschenswert, beim Schweißen von Aluminium eine weiche Flamme zu verwenden, um zu vermeiden, dass Löcher in das Metall geblasen werden, wenn sich die Pfütze bildet. 

Autogenes Schneiden 

Das Schneiden von Eisenmetallen durch das Oxy-Acetylen-Verfahren ist in erster Linie das schnelle Verbrennen oder Oxidieren des Metalls in einem lokalisierten Bereich. Dies ist eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, Eisen und Stahl zu schneiden, wenn keine fertige Kante erforderlich ist.

Abbildung zeigt ein Beispiel eines Schneidbrenners. Er verfügt über die herkömmlichen Sauerstoff- und Acetylenventile im Brennergriff, die den Fluss der beiden Gase zum Schneidkopf steuern. Es hat auch ein Sauerstoffventil unter dem Sauerstoffhebel am Schneidkopf, so dass eine feinere Einstellung der Flamme erreicht werden kann.

Die Größe der Schneidplatte richtet sich nach der Dicke des zu schneidenden Metalls. Stellen Sie die Regler auf die empfohlenen Arbeitsdrücke für den Schneidbrenner basierend auf der ausgewählten Düsengröße ein. Bevor Sie mit Schneidarbeiten beginnen, sollte der Bereich frei von brennbarem Material sein und das Personal, das mit Schneidarbeiten beschäftigt ist, sollte die richtige Schutzausrüstung tragen.

Die Flamme für den Brenner in Abbildung wird eingestellt, indem zuerst das Sauerstoffventil unter dem Schneidhebel geschlossen und das Sauerstoffventil am Griff vollständig geöffnet wird. (Dieser liefert den Hochdruck-Sauerstoffstoß, wenn der Schneidehebel betätigt wird.) Dann wird das Acetylenventil am Handgriff geöffnet und der Brenner mit einem Schlagbolzen gezündet. Die Acetylenflamme wird erhöht, bis der schwarze Ruß verschwunden ist. Öffnen Sie dann das Sauerstoffventil unter dem Schneidhebel und stellen Sie die Flamme auf neutral. Wenn mehr Wärme benötigt wird, öffnen Sie die Ventile, um mehr Acetylen und Sauerstoff hinzuzufügen. Schneidehebel betätigen und ggf. Vorwärmflamme auf neutral nachstellen.  

Das Metall wird durch die Vorwärmöffnungen in der Spitze des Schneidbrenners auf eine hellrote Farbe (1.400 ° F–1.600 ° F, die Anzünd- oder Zündtemperatur) erhitzt. Dann wird ein Hochdruck-Sauerstoffstrahl dagegen gerichtet, indem der Sauerstoffhebel am Brenner gedrückt wird. Dieser Sauerstoffstoß verbindet sich mit dem rotglühenden Metall und bildet ein äußerst heißes geschmolzenes Oxid, das an den Seiten des Schnitts heruntergeblasen wird. Wenn der Brenner entlang der beabsichtigten Schnittlinie bewegt wird, erhitzt diese Aktion das Metall auf seinem Weg weiter auf die Anzündtemperatur. Das so erhitzte Metall verbrennt ebenfalls zu einem Oxid, das auf die Unterseite des Stücks weggeblasen wird.

Die richtige Anleitung und Übung vermittelt das Wissen und die Fähigkeiten, um die Technik zu beherrschen, die zum Schneiden mit einem Brenner erforderlich ist. Halten Sie die Taschenlampe in beiden Händen, je nachdem, was für Sie am angenehmsten ist. Verwenden Sie den Daumen dieser Hand, um den Sauerstoff-Schneidhebel zu betätigen. Mit der anderen Hand den Brenner auflegen und entlang der Schnittlinie stabilisieren.

Beginnen Sie am Rand des Metalls und halten Sie die Spitze senkrecht zur Oberfläche und erhitzen Sie sie vor, bis die Stelle hellrot wird. Drücken Sie den Schneidehebel leicht herunter, damit ein Funkenregen und geschmolzenes Metall durch den Schnitt bläst. Drücken Sie den Schneidehebel vollständig herunter und bewegen Sie den Brenner langsam in Richtung des beabsichtigten Schnitts. 

Durch Übung und Erfahrung kann der Techniker lernen, die Geschwindigkeit einzuschätzen, mit der der Brenner bewegt wird. Es sollte gerade schnell genug sein, damit der Schnitt vollständig eindringen kann, ohne übermäßig um den Schnitt herum zu schmelzen. Wenn der Brenner zu schnell bewegt wird, wird das Metall nicht ausreichend vorgewärmt und der Schneidvorgang stoppt. Lassen Sie in diesem Fall den Schneidehebel los, heizen Sie den Schnitt hellrot vor, drücken Sie den Hebel herunter und fahren Sie mit dem Schnitt fort.

Autogenes Acetylen-Schweißen von Eisenmetallen 

Stahl (einschließlich SAE 4130) 

Kohlenstoffarmer Stahl, niedrig legierter Stahl (z. B. 4130), Stahlguss und Schmiedeeisen lassen sich leicht mit der Acetylen-Sauerstoffflamme schweißen. Kohlenstoffarme und niedriglegierte Stähle sind die Eisenwerkstoffe, die am häufigsten gasgeschweißt werden. Wenn der Kohlenstoffgehalt von Stahl zunimmt, kann er durch Schweißen mit spezifischen Verfahren für verschiedene Legierungstypen repariert werden. Beteiligte Faktoren sind der Kohlenstoffgehalt und die Härtbarkeit. Bei korrosionsbeständigen und hitzebeständigen Nickel-Chrom-Stählen hängt die zulässige Schweißbarkeit von ihrer Stabilität, ihrem Kohlenstoffgehalt und ihrer Wiedererwärmungsbehandlung ab.

Die Society of Automotive Engineers (SAE) und das American Iron and Steel Institute (AISI) bieten ein Bezeichnungssystem, das ein anerkannter Standard für die Industrie ist. SAE 4130 ist ein legierter Stahl, der ein ideales Material für den Bau von Rümpfen und Gerüsten für kleine Flugzeuge ist; Es wird auch für Motorrad- und High-End-Fahrradrahmen sowie Rennwagenrahmen und Überrollkäfige verwendet. Der Schlauch hat eine hohe Zugfestigkeit, Verformbarkeit und ist leicht zu schweißen. 

Die Zahl „4130“ ist ebenfalls ein 4-stelliger AISI-Code, der die ungefähre chemische Zusammensetzung des Stahls angibt. Die „41“ steht für einen niedriglegierten Stahl mit Chrom und Molybdän (Chromoly) und die „30“ für einen Kohlenstoffgehalt von 0,3 Prozent. 4130-Stahl enthält auch geringe Mengen an Mangan, Phosphor, Schwefel und Silizium, aber wie alle Stähle enthält er hauptsächlich Eisen.

Um eine gute Schweißnaht herzustellen, darf der Kohlenstoffgehalt des Stahls nicht nennenswert verändert werden, noch dürfen andere atmosphärische chemische Bestandteile dem Grundmetall hinzugefügt oder von ihm abgezogen werden, ohne die Eigenschaften des Metalls ernsthaft zu verändern. Viele Schweißzusatzdrähte enthalten jedoch aus bestimmten Gründen andere Bestandteile als das Grundmaterial, was bei Verwendung von zugelassenen Materialien völlig normal und akzeptabel ist. Geschmolzener Stahl hat eine große Affinität zu Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, die sich mit der Schmelzpfütze verbinden, um Oxide und Nitrate zu bilden, die beide die Festigkeit von Stahl verringern. Beim Schweißen mit einer Acetylen-Sauerstoffflamme kann der Einschluss von Verunreinigungen minimiert werden, indem die folgenden Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden:

• Achten Sie bei den meisten Stählen auf eine exakt neutrale Flamme und einen leichten Acetylenüberschuss beim Schweißen von Legierungen mit hohem Nickel- oder Chromgehalt, wie z. B. Edelstahl. 

• Sorgen Sie für eine weiche Flamme und kontrollieren Sie die Pfütze.

• Halten Sie eine Flamme aufrecht, die ausreicht, um das Metall zu durchdringen, und manipulieren Sie sie so, dass das geschmolzene Metall durch die äußere Flammenhülle vor der Luft geschützt ist. 

• Halten Sie das heiße Ende des Schweißstabs im Schweißbad oder innerhalb der Flammenhülle. 

• Wenn die Schweißnaht fertig ist und sich noch in der Rotglut befindet, kreisen Sie mit der Außenhülle des Brenners um die gesamte Schweißnaht, um sie gleichmäßig auf ein mattes Rot zu bringen. Bewegen Sie den Brenner langsam von der Schweißstelle weg, um eine langsame Abkühlgeschwindigkeit zu gewährleisten.

Autogenes Acetylen-Schweißen von NE-Metallen 

Nichteisenmetalle sind solche, die kein Eisen enthalten. Beispiele für Nichteisenmetalle sind Blei, Kupfer, Silber, Magnesium und das im Flugzeugbau wichtigste Aluminium. Einige dieser Metalle sind leichter als die Eisenmetalle, aber in den meisten Fällen sind sie nicht so stark. Aluminiumhersteller haben die mangelnde Festigkeit von reinem Aluminium durch Legieren mit anderen Metallen oder durch Kaltverformung kompensiert. Für eine noch höhere Festigkeit werden einige Aluminiumlegierungen auch wärmebehandelt. 

Aluminiumschweißen 

Das Gasschweißen bestimmter Aluminiumlegierungen kann erfolgreich durchgeführt werden, erfordert jedoch etwas Übung und die entsprechende Ausrüstung, um eine erfolgreiche Schweißnaht herzustellen. Bevor Sie zum ersten Mal versuchen, Aluminium zu schweißen, machen Sie sich damit vertraut, wie das Metall unter der Schweißflamme reagiert.

Ein gutes Beispiel für die Praxis und um zu sehen, wie Aluminium auf eine Schweißflamme reagiert, erhitzen Sie ein Stück Aluminiumblech auf einer Schweißbank. Halten Sie eine Fackel mit neutraler Flamme senkrecht zum Blech und bringen Sie die Spitze des inneren Kegels fast in Kontakt mit dem Metall. Beobachten Sie, wie das Metall plötzlich fast ohne Anzeichen wegschmilzt und ein Loch im Metall hinterlässt. Wiederholen Sie nun den Vorgang, nur halten Sie diesmal den Brenner in einem Winkel von ca. 30° zur Oberfläche. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle der Hitze und lässt das Oberflächenmetall schmelzen, ohne ein Loch zu bilden. Üben Sie, indem Sie die Flamme langsam entlang der Oberfläche bewegen, bis die Pfütze ohne Schmelzlöcher kontrolliert werden kann. Wenn Sie das beherrschen, üben Sie an Flanschverbindungen durch Heften und Schweißen ohne Fülldraht. Versuchen Sie dann, eine Stoßverbindung mit Flussmittel und Füllstab zu schweißen. 

Das Gasschweißen von Aluminium ist normalerweise auf Material mit einer Dicke zwischen 0,031 Zoll und 0,125 Zoll beschränkt. Die im Flugzeugbau verwendeten schweißbaren Aluminiumlegierungen sind 1100, 3003, 4043 und 5052. Die Legierungsnummern 6053, 6061 und 6151 können ebenfalls geschweißt werden, da sich diese Legierungen jedoch im wärmebehandelten Zustand befinden, sollte das Schweißen nur durchgeführt werden, wenn dies der Fall ist Teile können nacherwärmt werden.

Magnesiumschweißen 

Das Gasschweißen von Magnesium ist dem Schweißen von Aluminium mit der gleichen Ausrüstung sehr ähnlich. Das Verbindungsdesign folgt auch einer ähnlichen Praxis wie beim Aluminiumschweißen. Es muss darauf geachtet werden, Konstruktionen zu vermeiden, die nach Abschluss des Schweißens Flussmittel einschließen können, wobei Stumpf- und Kantenschweißungen bevorzugt werden. Von besonderem Interesse ist die hohe Ausdehnungsrate von Legierungen auf Magnesiumbasis und die besondere Aufmerksamkeit, die darauf verwendet werden muss, Spannungen in den Teilen zu vermeiden. Starre Befestigungen sollten vermieden werden; Verwenden Sie eine sorgfältige Planung, um Verzerrungen zu vermeiden.  

In den meisten Fällen sollte das Füllmaterial mit dem Grundmaterial in der Legierung übereinstimmen. Beim Zusammenschweißen von zwei verschiedenen Magnesiumlegierungen sollte der Werkstoffhersteller um Empfehlungen gebeten werden. Aluminium sollte niemals mit Magnesium verschweißt werden. Wie beim Aluminiumschweißen ist ein Flussmittel erforderlich, um die Oberflächenoxide aufzubrechen und eine einwandfreie Schweißnaht zu gewährleisten. Flussmittel, die speziell für das Schmelzschweißen von Magnesium verkauft werden, sind in Pulverform erhältlich und werden auf die gleiche Weise wie für das Aluminiumschweißen mit Wasser gemischt. Verwenden Sie die Mindestmenge an Flussmittel, die erforderlich ist, um die korrosiven Wirkungen und die erforderliche Reinigungszeit nach Abschluss der Schweißung zu reduzieren. Der beim Aluminiumschweißen verwendete Augenschutz zur Reduzierung von Natriumflammen hat den gleichen Vorteil beim Magnesiumschweißen.

Das Schweißen erfolgt mit einer neutralen Flammeneinstellung unter Verwendung der gleichen Spitzengröße wie beim Aluminiumschweißen. Die Schweißtechnik folgt dem gleichen Muster wie bei Aluminium, wobei das Schweißen in einem einzigen Durchgang auf Blechdickenmaterial abgeschlossen wird. Im Allgemeinen hat das WIG-Verfahren das Gasschweißen von Magnesium aufgrund der Eliminierung des korrosiven Flussmittels und seiner inhärenten Einschränkungen bei der Verbindungskonstruktion ersetzt. 

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (WIG-Schweißen) 

Das WIG-Verfahren, wie es heute bekannt ist, ist eine Kombination aus der Arbeit von General Electric in den 1920er Jahren zur Entwicklung des Grundverfahrens, der Arbeit von Northrop in den 1940er Jahren zur Entwicklung des Brenners selbst und der Verwendung von Helium-Schutzgas und eine Wolframelektrode. Das Verfahren wurde für das Schweißen von Magnesium im Northrop XP-56-Nurflügel entwickelt, um die Korrosions- und Porositätsprobleme mit dem atomaren Wasserstoffverfahren zu beseitigen, das sie mit einem Bor-Flussmittel verwendet hatten. Es wurde bis Ende der 1950er Jahre nicht ohne Weiteres für andere Materialien verwendet, als es beim Schweißen von Superlegierungen aus dem Weltraumzeitalter von Vorteil war. Später wurde es auch auf anderen Metallen wie Aluminium und Stahl in viel größerem Umfang verwendet. 

Moderne WIG-Schweißmaschinen werden in DC-, AC- oder AC/DC-Konfigurationen angeboten und verwenden entweder transformator- oder wechselrichterbasierte Technologie. Typischerweise wird für Aluminium eine Maschine mit Wechselstromleistung benötigt. Der WIG-Brenner selbst hat sich seit dem ersten Northrop-Patent kaum verändert. Das WIG-Schweißen ist dem Autogenschweißen insofern ähnlich, als die Wärmequelle (Brenner) mit einer Hand manipuliert wird und der Füllstoff, falls verwendet, mit der anderen Hand manipuliert wird. Ein deutlicher Unterschied besteht darin, die Wärmezufuhr zum Metall zu steuern. Die Wärmesteuerung kann durch eine Maschineneinstellung voreingestellt und festgelegt oder durch Verwendung eines Fußpedals oder einer am Brenner montierten Steuerung variabel sein.

Beim WIG-Schweißgerät werden verschiedene Arten von Wolframelektroden verwendet. Thorierte und zirkonierte Elektroden haben bessere Elektronenemissionseigenschaften als reines Wolfram, wodurch sie besser geeignet sind für DC-Betrieb auf transformatorbasierten Maschinen oder entweder AC oder DC mit den neueren Inverter-basierten Maschinen. Reines Wolfram bietet beim Wechselstromschweißen mit einem transformatorbasierten Gerät eine bessere Strombalance, was beim Schweißen von Aluminium und Magnesium von Vorteil ist. Die Empfehlungen der Ausrüstungshersteller für Art und Form von Wolfram sollten befolgt werden, da dies ein sich ständig ändernder Teil der WIG-Technologie ist.

Die Form der im WIG-Schweißbrenner verwendeten Elektrode ist ein wichtiger Faktor für die Qualität und den Einbrand der Schweißnaht. Die Spitze der Elektrode sollte auf einem speziellen Schleifstein oder einem speziellen Wolframschleifer geformt werden, um eine Kontamination der Elektrode zu vermeiden. Das Schleifen sollte in Längsrichtung und nicht radial erfolgen, wobei die Laufrichtung des Steins von der Spitze wegführt.

Wenden Sie sich im Zweifelsfall oder bei auftretenden Problemen an den Maschinenhersteller, um die neuesten Vorschläge zur Wolframvorbereitung zu erhalten.

Die allgemeinen Richtlinien für die Schweißnahtqualität, den Verbindungssitz vor dem Schweißen, das Rütteln und die Kontrolle des Verzugs gelten für dieses Verfahren in gleicher Weise wie für jedes andere Schweißverfahren. Besonders hervorzuheben sind die zusätzlichen Prozessschritte, die manchmal unternommen werden müssen, um eine Qualitätsschweißung durchzuführen; diese werden in den entsprechenden Abschnitten behandelt.

WIG-Schweißen von 4130 Stahlrohren 

Das Schweißen von 4130 mit WIG unterscheidet sich technisch nicht wesentlich vom Schweißen anderer Stähle. Die folgenden Informationen beziehen sich im Allgemeinen auf Material mit einer Dicke von weniger als 0,120 Zoll.

Reinigen Sie den Stahl von Öl oder Fett und verwenden Sie eine Edelstahldrahtbürste, um das Werkstück vor dem Schweißen zu reinigen. Dies soll Porosität und Wasserstoffversprödung während des Schweißprozesses verhindern. Das WIG-Verfahren ist sehr anfällig für diese Probleme, viel mehr als das Autogenschweißen, daher muss darauf geachtet werden, dass alle Öle und Farben von allen Oberflächen der zu schweißenden Teile entfernt werden.

Verwenden Sie ein WIG-Schweißgerät mit Hochfrequenzzündung, um Lichtbogenzündungen zu vermeiden. Schweißen Sie nicht an Orten mit Wind oder Zugluft; Die Schweißnähte sollten langsam abkühlen. Bei Schläuchen mit einer Wandstärke von weniger als 0,120 Zoll ist kein Vorwärmen erforderlich; dennoch wird ein Anlassen nach dem Schweißen (Spannungsarmglühen) empfohlen, um eine mögliche Versprödung des die Schweißnaht umgebenden Bereichs aufgrund der ungehärteten Martensitbildungen zu verhindern, die durch die schnelle Abkühlung der Schweißnaht verursacht werden, die dem WIG-Verfahren eigen ist.

Wenn Sie Füllstab 4130 verwenden, wärmen Sie das Werkstück vor dem Schweißen vor und behandeln Sie es anschließend mit Wärme, um Risse zu vermeiden. In einer kritischen Situation wie dieser sollte eine technische Planung durchgeführt werden, um die für die jeweilige Anwendung erforderliche Wärmebehandlung vor und nach dem Schweißen zu bestimmen.

WIG-Schweißen von Edelstahl 

Rostfreie Stähle oder genauer gesagt korrosionsbeständige Stähle sind eine Familie von Metallen auf Eisenbasis, die Chrom in Mengen von 10 % bis etwa 30 % enthalten. Einigen rostfreien Stählen wird Nickel zugesetzt, was die Wärmeleitfähigkeit verringert und die elektrische Leitfähigkeit verringert. Die Chrom-Nickel-Stähle gehören zur Edelstahlreihe AISI 300. Sie sind nichtmagnetisch und haben eine austenitische Mikrostruktur. Diese Stähle werden in großem Umfang in Flugzeugen verwendet, in denen Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erforderlich ist.

Alle austenitischen Edelstähle sind mit den meisten Schweißverfahren schweißbar, mit Ausnahme von AISI 303, der viel Schwefel enthält, und AISI 303Se, der Selen enthält, um seine Bearbeitbarkeit zu verbessern.

Die austenitischen rostfreien Stähle sind etwas schwieriger zu schweißen als Weichstahl. Sie haben niedrigere Schmelztemperaturen und einen niedrigeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, sodass der Schweißstrom niedriger sein kann. Dies hilft bei dünneren Materialien, da diese Edelstähle einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, was besondere Vorsichtsmaßnahmen und Verfahren erfordert, um Verzug und Verformung zu reduzieren. Es sollte jede der verzugsmindernden Techniken, wie z. B. Sprungschweißen oder Rückwärtsschrittschweißen, verwendet werden. Wenn möglich, sollten Vorrichtungen und/oder Vorrichtungen verwendet werden. Heftnähte sollten doppelt so oft wie normal angebracht werden. 

Die Auswahl der Schweißzusatzlegierung zum Schweißen des Edelstahls basiert auf der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs. Füllmetalllegierungen zum Schweißen von rostfreiem austenitischem Edelstahl umfassen AISI Nr. 309, 310, 316, 317 und 347. Es ist möglich, mehrere unterschiedliche rostfreie Basismetalle mit derselben Füllmetalllegierung zu schweißen. Befolgen Sie die Empfehlungen des Herstellers. 

WIG-Schweißen von Aluminium 

Beim WIG-Schweißen von Aluminium werden ähnliche Techniken und Schweißzusätze wie beim Autogenschweißen verwendet. Wenden Sie sich an den Hersteller der jeweiligen Schweißmaschine, um Empfehlungen zu Wolframtyp und -größe sowie grundlegende Maschineneinstellungen für eine bestimmte Schweißkonstruktion zu erhalten, da diese je nach Maschinentyp variieren. Typischerweise ist die Maschine auf eine AC-Ausgangswellenform eingestellt, da sie eine Reinigungsaktion bewirkt, die Oberflächenoxide aufbricht. Es kann Argon- oder Helium-Schutzgas verwendet werden, aber Argon wird bevorzugt, da es weniger Volumen verbraucht als Helium. Argon ist ein schwereres Gas als Helium, bietet eine bessere Abdeckung und eine bessere Reinigungswirkung beim Schweißen von Aluminium.   

Die Auswahl des Füllmetalls ist die gleiche wie beim Oxy-Fuel-Verfahren; Die Verwendung eines Flussmittels ist jedoch nicht erforderlich, da das Schutzgas die Bildung von Aluminiumoxid auf der Oberfläche des Schweißbades verhindert und die AC-Wellenform alle bereits auf dem Material befindlichen Oxide aufbricht. Die Reinigung von Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff folgt den gleichen Richtlinien wie beim Autogenschweißen. Beim Schweißen von Tanks jeglicher Art empfiehlt es sich, das Innere des Tanks mit einem Schutzgas rückzuspülen. Dies fördert eine solide Schweißnaht mit einem glatten inneren Wulstprofil, das dazu beitragen kann, Lochlecks und zukünftige Ermüdungsausfälle zu verringern.

Das Schweißen erfolgt mit ähnlichen Brenner- und Schweißzusatzwinkeln wie beim Autogenschweißen. Die Spitze des Wolframs wird in geringem Abstand (1/16 – 1/8 Zoll) von der Oberfläche des Materials gehalten, wobei darauf zu achten ist, dass das geschmolzene Bad niemals das Wolfram berührt und es verunreinigt. Eine Verunreinigung des Wolframs muss behoben werden, indem das Aluminium vom Wolfram entfernt und die Spitze auf das vom Hersteller empfohlene Profil nachgeschliffen wird. 

WIG-Schweißen von Magnesium 

Magnesiumlegierungen können erfolgreich geschweißt werden, indem die gleichen Verbindungen und Vorbereitungen verwendet werden, die für Stahl oder Aluminium verwendet werden. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und seines Wärmeausdehnungskoeffizienten, die zusammen starke Spannungen, Verformungen und Risse verursachen, müssen jedoch zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Die Teile müssen in eine Vorrichtung oder Spannvorrichtung eingespannt werden. Kleinere Schweißraupen, höhere Schweißgeschwindigkeit und die Verwendung von Füllstäben mit niedrigerem Schmelzpunkt und geringerer Schrumpfung werden empfohlen.

Zum Schweißen von Magnesium werden üblicherweise Gleichstrom, sowohl mit gerader als auch mit umgekehrter Polarität, und Wechselstrom mit überlagerter Hochfrequenz zur Lichtbogenstabilisierung verwendet. Die DC-Umkehrpolarität sorgt für eine bessere Reinigungswirkung des Metalls und wird für manuelle Schweißvorgänge bevorzugt. 

Wechselstromquellen sollten mit einem Primärschütz ausgestattet sein, das durch einen Steuerschalter am Brenner oder eine Fußsteuerung zum Starten oder Stoppen des Lichtbogens betätigt wird. Andernfalls kann die Lichtbogenbildung, die auftritt, während sich die Elektrode dem Werkstück nähert oder sich von ihm entfernt, zu Brandflecken auf dem Werkstück führen. 

Argon ist das am häufigsten verwendete Schutzgas für manuelle Schweißarbeiten. Helium ist das bevorzugte Gas für das automatisierte Schweißen, da es einen stabileren Lichtbogen als Argon erzeugt und die Verwendung etwas längerer Lichtbogenlängen ermöglicht. Zum WIG-Schweißen von Magnesiumlegierungen werden zirkonierte, thorierte und reine Wolframelektroden verwendet. 

Die Schweißtechnik für Magnesium ähnelt der für andere Nichteisenmetalle. Der Bogen sollte bei etwa 5/16 Zoll gehalten werden. Heftnähte sollten verwendet werden, um die Passform zu erhalten und Verformungen zu vermeiden. Um Schweißrisse zu vermeiden, schweißen Sie von der Mitte einer Verbindung zum Ende hin und verwenden Sie Start- und Ablaufbleche, um die Schweißnaht zu beginnen und zu beenden. Minimieren Sie die Anzahl der Unterbrechungen während des Schweißens. Nach einem Stopp sollte die Schweißung etwa 1/2 Zoll vom Ende der vorherigen Schweißung entfernt neu gestartet werden. Führen Sie die Schweißnaht nach Möglichkeit in einem ununterbrochenen Durchgang durch.   

WIG-Schweißen von Titan 

Die Techniken zum Schweißen von Titan ähneln denen, die für Nickelbasislegierungen und rostfreie Stähle erforderlich sind. Um eine zufriedenstellende Schweißnaht herzustellen, wird Wert auf die Sauberkeit der Oberfläche und die Verwendung von Inertgas zur Abschirmung des Schweißbereichs gelegt. Eine saubere Umgebung ist eine der Voraussetzungen, um Titan zu schweißen.

Das WIG-Schweißen von Titan wird mit gerader Gleichstrompolarität durchgeführt. Es wird eine wassergekühlte Taschenlampe mit einem 3/4-Zoll-Keramikbecher und einer Gaslinse empfohlen. Die Gaslinse sorgt für einen gleichmäßigen, nichtturbulenten Inertgasstrom. Für das WIG-Schweißen von Titan werden thorierte Wolframelektroden empfohlen. Es sollte die Elektrode mit dem kleinsten Durchmesser verwendet werden, die den erforderlichen Strom führen kann. Ein vom Bediener gesteuerter Fernschütz sollte verwendet werden, damit der Lichtbogen unterbrochen werden kann, ohne den Brenner vom abkühlenden Schweißgut zu entfernen, sodass das Schutzgas die Schweißnaht bedecken kann, bis die Temperatur fällt.

Die meisten Titanschweißungen werden in einer offenen Fertigungshalle durchgeführt. Das Kammerschweißen wird immer noch in begrenztem Umfang verwendet, aber das Feldschweißen ist üblich. Es sollte ein separater Bereich reserviert und von allen schmutzerzeugenden Vorgängen wie Schleifen oder Lackieren isoliert werden. Außerdem sollte der Schweißbereich frei von Luftzügen sein und die Luftfeuchtigkeit sollte kontrolliert werden. 

Geschmolzenes Titan-Schweißgut muss vollständig vor Verunreinigungen durch Luft abgeschirmt werden. Geschmolzenes Titan reagiert leicht mit Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff; Der Kontakt mit diesen Elementen in der Luft oder in Oberflächenverunreinigungen während des Schweißens kann die Schweißeigenschaften von Titan nachteilig beeinflussen und eine Versprödung der Schweißnaht verursachen. Argon wird wegen der besseren Lichtbogenstabilitätseigenschaften für das manuelle Schweißen bevorzugt. Helium wird beim automatisierten Schweißen verwendet und wenn schwerere Basismetalle oder ein tieferes Eindringen erforderlich sind. 

Expansion und Kontraktion von Metallen 

Die Ausdehnung und Kontraktion von Metall ist ein Faktor, der bei der Konstruktion und Herstellung aller Flugzeuge berücksichtigt wird. Ebenso wichtig ist es, die bei jedem Schweißprozess auftretenden Maßänderungen und Metallspannungen zu erkennen und zu berücksichtigen. 

Hitze bewirkt, dass sich Metalle ausdehnen; Durch Abkühlung ziehen sie sich zusammen. Daher verursacht eine ungleichmäßige Erwärmung eine ungleichmäßige Ausdehnung und eine ungleichmäßige Abkühlung eine ungleichmäßige Kontraktion. Unter solchen Bedingungen werden innerhalb des Metalls Spannungen aufgebaut. Diese Kräfte müssen entlastet werden, und wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, findet ein Verziehen oder Knicken des Metalls statt. Ebenso kann beim Abkühlen, wenn nichts unternommen wird, um die durch die Kontraktionskräfte verursachte Spannung aufzunehmen, weiteres Verziehen resultieren; oder wenn das Metall zu schwer ist, um diese Formänderung zuzulassen, bleiben die Spannungen im Metall selbst.

Der lineare Ausdehnungskoeffizient eines Metalls ist der Betrag in Zoll, um den sich ein Metallstück von 1 Zoll ausdehnt, wenn seine Temperatur um 1 °F erhöht wird. Der Betrag, um den sich ein Metallstück bei Wärmeeinwirkung ausdehnt, wird ermittelt, indem der lineare Ausdehnungskoeffizient mit dem Temperaturanstieg multipliziert und dieses Produkt mit der Länge des Metalls in Zoll multipliziert wird.

Ausdehnung und Kontraktion neigen dazu, dünne Bleche von 1/8 Zoll oder dünner zu wölben und zu verziehen. Dies ist das Ergebnis einer großen Oberfläche, die Wärme schnell verteilt und abführt, sobald die Wärmequelle entfernt wird. Die effektivste Methode zur Linderung dieser Situation besteht darin, die Wärme aus dem Metall in der Nähe der Schweißnaht zu entfernen und zu verhindern, dass sie sich über die gesamte Oberfläche ausbreitet. Dies kann erreicht werden, indem schwere Metallstücke, sogenannte Kühlstäbe, auf beiden Seiten der Schweißnaht platziert werden. um die Wärme aufzunehmen und zu verhindern, dass sie sich ausbreitet. Kupfer wird wegen seiner Fähigkeit, Wärme leicht zu absorbieren, am häufigsten für Kühlriegel verwendet. Schweißvorrichtungen verwenden manchmal dasselbe Prinzip, um Wärme aus dem Grundmetall zu entfernen. Die Ausdehnung kann auch durch Heftschweißen in Intervallen entlang der Verbindung kontrolliert werden.

Der Effekt des Schweißens einer Naht, die länger als 10 oder 12 Zoll ist, besteht darin, die Naht zusammenzuziehen, während die Schweißung fortschreitet. Wenn die Kanten der Naht vor Beginn des Schweißens über ihre gesamte Länge miteinander in Kontakt gebracht werden, überlappen sich die entfernten Enden der Naht tatsächlich, bevor die Schweißung abgeschlossen ist. Diese Tendenz kann überwunden werden, indem die zu schweißenden Teile mit dem korrekten Abstand der Naht an einem Ende angeordnet und der Abstand am gegenüberliegenden Ende vergrößert wird.

Der zulässige Abstand hängt von der Art des Materials, der Materialstärke, dem verwendeten Schweißverfahren und der Form und Größe der zu schweißenden Teile ab. Unterweisung und/oder Schweißerfahrung geben den Platzbedarf vor, um eine spannungsfreie Verbindung herzustellen.

Die Schweißung beginnt am Ende mit dem korrekten Abstand und wird zu dem Ende fortgeführt, das den vergrößerten Spalt aufweist. Wenn die Naht geschweißt wird, schließt sich der Zwischenraum und sollte am Schweißpunkt den richtigen Spalt bilden. Bleche unter 1/16 Zoll können gehandhabt werden, indem die Kanten gebördelt, in Abständen geheftet und dann zwischen den Heftklammern geschweißt werden.

Plattenmaterial über 1/8 Zoll neigt beim Schweißen weniger dazu, sich zu verziehen und zu wölben, da die größere Dicke die Wärme auf einen schmalen Bereich begrenzt und abführt, bevor sie sich weit auf der Platte ausbreitet.

Das Vorwärmen des Metalls vor dem Schweißen ist eine weitere Methode zur Kontrolle der Ausdehnung und Kontraktion. Das Vorwärmen ist besonders wichtig beim Schweißen von Rohrstrukturen und Gussteilen. In Rohrschweißnähten können durch Kontraktion große Spannungen aufgebaut werden. Beim Schweißen von zwei Teilen einer T-Verbindung neigt ein Rohr dazu, sich aufgrund der ungleichmäßigen Kontraktion zu ziehen. Wenn das Metall vor Beginn des Schweißvorgangs vorgewärmt wird, findet in der Schweißnaht immer noch eine Schrumpfung statt, aber die damit einhergehende Schrumpfung im Rest der Struktur ist nahezu gleich schnell, und Eigenspannungen werden reduziert.