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Schweißen
1)
Einleitungsschweißen in der Technik eines jeden Prozesses, bei dem zwei oder mehr Metallteile durch Wärme, Druck oder eine Kombination aus beidem miteinander verbunden werden. Die meisten dieser Verfahren lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: Pressschweißen, bei dem die Schweißnaht durch Pressen erzeugt wird, und Schmelzschweißen, bei dem die Schweißnaht durch Wärme erzeugt wird. Fusion (Wärmeschmelzen ist ein Schweißverfahren, mit dem zwei verschiedene Teile eines Thermoplasten verbunden werden) Schweißen ist heute das am häufigsten verwendete Schweißverfahren. Weitere Methoden zum Verbinden von Metallen sind Löten und Weichlöten.
Zusammen mit der Entwicklung neuer Technologien in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat das Schweißen das Schrauben und Nieten beim Bau vieler Arten von Bauwerken, einschließlich Brücken, Gebäuden und sogar Schiffen, ersetzt. Es ist auch ein grundlegender Prozess in der metallverarbeitenden Industrie wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und dem Maschinenbau (Maschinenbau ist die Disziplin, die die Prinzipien des Ingenieurwesens, der Physik und der Materialwissenschaft für die Konstruktion, Analyse , Herstellung und Wartung mechanischer Systeme anwendet). Darüber hinaus werden die verschiedenen Schweißverfahren auch in Handwerksbetrieben, zum Beispiel im Automobilhandel, eingesetzt. Zusammen mit dem Weichlöten und Löten (Löten i
st ein Metallverbindungsprozess, bei dem zwei oder mehr Metallteile durch Schmelzen miteinander verbunden werden und ein Lot in die Verbindung fließen, wobei das Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das angrenzende Metall), ist es für die Herstellung praktisch aller hergestellten Produkte unerlässlich. mit Metall.
Welches Schweißverfahren für die Verbindung von zwei Metallteilen am besten geeignet ist, hängt von den physikalischen Eigenschaften der Metalle, der spezifischen Anwendung und den verfügbaren Produktionsmitteln ab. In Schweißverfahren sind im Allgemeinen klassifiziert entsprechend den verwendeten Wärme- und Druckquellen.
Feür und das Hammerschweißen war im Prinzip ein Vorläufer des Pressschweißverfahrens. Jahrhundertelang wurde es von Schmieden und anderen Handwerkern betrieben. In einem Schmiedeofen werden die Metalle je nach Typ auf die entsprechende Temperatur erwärmt und die Schweißnaht durch Hämmern oder anderen mechanischen Druck erzeugt. In der modernen Produktion wird das Hammerschweißen nur selten eingesetzt. Beim heutigen Pressschweißen werden die zu verschweißenden Werkstücke zunächst erwärmt und dann unter Druck, noch im weichen Zustand, miteinander verbunden.. Die heute gebräuchlichsten Schweißverfahren sind das Gas-, Lichtbogen- und Widerstandsschweißen. Weitere Verfahren sind Thermit-Schweißen, Laserschweißen (Laserstrahlschweißen ist eine Schweißtechnik, mit der mehrere Metallteile durch den Einsatz eines Lasers verbunden werden) und Elektronenstrahlschweißen.
2) GASSCHWEISSEN Das Gasschweißen ist ein Nicht-Druckschweissverfahren unter Verwendung der Wärme einer Gasflamme. Beim Autogenschweißen wird dazu ein Acetylen (Acetylen ist die chemische Verbindung mit der Formel C2H2) – saure Flamme verwendet. Diese Flamme wird mit Hilfe eines Schweißbrenners direkt an den zu verbindenden Metallkanten und gleichzeitig an einem Zusatzwerkstoff in Draht- oder Stabform, dem Schweißdraht oder -stab, gehalten. Bei diesem Prozess schmilzt der Zusatzwerkstoff und bildet praktisch die Schweißnaht. Das Gasschweißen hat den Vorteil, dass tragbare Geräte verwendet werden und kein elektrischer Strom (Ein elektrischer Strom ist ein elektrischer Ladungsfluss) erforderlich ist. Die zu verschweißenden Oberflächen und der Schweißdraht oder -stab sind mit einem Pulver beschichtet, das das Material von der Luft abschirmt und so eine fehlerhafte Schweißnaht verhindert. 3) LICHtbogenschweißen Besonders beim Fügen von Stählen ist das Lichtbogenschweißen zu einem wichtigen Schweißverfahren geworden. Diese Technologie erfordert eine unterbrechungsfreie Versorgung mit Gleich- oder Wechselstrom (Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, der periodisch die Richtung ändert, während Gleichstrom nur in eine Richtung fließt). Der Strom wird verwendet, um einen elektrischen Lichtbogen zu erzeugen, der genügend Wärme erzeugt, um Metall zu schmelzen und eine Schweißnaht zu bilden. Im Vergleich zu anderen Schweißverfahren hat das Lichtbogenschweißen mehrere Vorteile. Durch die hohe Wärmekonzentration ist das Lichtbogenschweißen schneller und die Verformung der Schweißnaht viel geringer als bei anderen konventionellen Verfahren. Darüber hinaus benötigen bestimmte Lichtbogenschweißverfahren keine Flussmittel. Die gebräuchlichsten Lichtbogenverfahren sind das Lichtbogenschweißen unter Schutzgas, Wolfram-Inertgas, Metall-Inertgas und Atomlichtbogenschweißen. 3.1) Lichtbogenschweißen unter Schutzgas Dabei verhindert ein konstanter Schutzgasstrom im Schweißbereich Reaktionen der Metalle mit der äußeren Atmosphäre. Edelgase wie Argon oder Helium (Helium ist ein chemisches Element mit Symbol He und Ordnungszahl 2) und in einigen Fällen wird Kohlendioxid als Schutz- oder Inertgas eingesetzt. 3.2) Wolfram-Inertgas-Verfahren Beim Wolfram-Inertgas-Verfahren wird im Normalbogenverfahren anstelle der Metallelektrode eine Wolframelektrode verwendet. Auch hier wird in der Regel ein chemisch inertes Gas (Ein inertes Gas ist ein Gas, das unter bestimmten Bedingungen keine chemischen Reaktionen durchläuft) verwendet, um das Metall vor Oxidation zu schützen. Die Wärme des zwischen Elektrode und Metall erzeugten Lichtbogens schmilzt die Metallkanten. Metall für die Schweißnaht kann hinzugefügt werden, indem ein blanker Draht im Lichtbogen oder an der Spitze der Schweißnaht gehalten wird.
Dieses Verfahren kann für fast alle Metalle eingesetzt werden. Es erzeugt eine qualitativ hochwertige Schweißnaht. Die Schweißgeschwindigkeit ist jedoch deutlich geringer als bei anderen Schweißverfahren. 3.3) Metall-Inertgasverfahren Beim Metall-Inertgasschweißen wird eine blanke Metallelektrode von der Luft abgeschirmt, indem sie mit Argon (Argon ist ein chemisches Element mit Symbol Ar und Ordnungszahl 18) oder Kohlendioxid (Kohlendioxid ist ein farbloses und geruchloses Gas, das für das Leben auf der Erde lebenswichtig ist) umgeben wird. Die Elektrode (Eine Elektrode ist ein elektrischer Leiter, der verwendet wird, um Kontakt mit einem nichtmetallischen Teil einer Schaltung herzustellen (z.B.) wird in den Lichtbogen eingesetzt (Eine elektrische Lichtbogenentladung ist ein elektrischer Durchbruch eines Gases, das eine kontinuierliche elektrische Entladung erzeugt) und schmilzt tropfenförmig und mischt sich dabei mit der Metallschmelze. Mit diesem Verfahren können die meisten gängigen Metalle miteinander verbunden werden. 3.4) Atom -Lichtbogenschweißen (Lichtbogenschweißen ist ein Verfahren, das verwendet wird, um Metall mit Metall zu verbinden, indem Strom verwendet wird, um genügend Wärme zum Schmelzen von Metall zu erzeugen, und die geschmolzenen Metalle, wenn sie abgekühlt sind, führen zu einer Bindung der Metalle). Im Gegensatz zum Schutzgas (Schutzgase sind Inert- oder Halbinertgase, die häufig in mehreren Schweißprozessen verwendet werden, insbesondere beim Gas-Metall-Lichtbogenschweißen und beim Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen) Verfahren, verhindert dieses Verfahren nicht das Eindringen von Fremdstoffen in die Schweißnaht durch Verschieben. Während des Schweißprozesses wird das Gas durch Verbrennung mit den Fremdstoffen sehr aktiv in die Reaktion einbezogen, wodurch die entstehenden Produkte mit dem Gasstrom weggeblasen werden. In einer speziellen Variante wird Wasserstoff (Wasserstoff ist ein chemisches Element mit chemischem Symbol H und Ordnungszahl 1) als Reaktionsgas verwendet – der Lichtbogen wird zwischen zwei Wolfram-Elektroden (Wolfram, auch Wolfram genannt, ist ein chemisches Element mit Symbol W und Ordnungszahl 74) erzeugt.
4) THERMISCHES SCHWEISSEN Beim Thermoschweißen wird die Wärme durch eine chemische Reaktion erzeugt (Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, der zur Umwandlung eines Satzes von chemischen Substanzen in einen anderen führt). Zu diesem Zweck wird eine Mischung (Thermit (Thermit ist eine pyrotechnische Zusammensetzung aus Metallpulver, Kraftstoff und Metalloxid)) aus Aluminiumpulver und Eisenoxid (Eisenoxide sind chemische Verbindungen aus Eisen und Sauerstoff) oder ein anderes Metalloxid gezündet. Das Aluminium verbindet sich mit der sauren Materie und gibt bei diesem Prozess Wärme aus dem Eisen ab, das an der Schweißstelle durch geschmolzenen Stahl gebildet wird. Der flüssige Stahl dient als Zusatzwerkstoff für die Schweißnaht. Das Thermit-Schweißen (Exothermisches Schweißen, auch bekannt als exothermes Verbinden, Thermit-Schweißen und Thermit-Schweißen, ist ein Schweißen, bei dem geschmolzenes Metall verwendet wird, um die Leiter dauerhaft zu verbinden) wird hauptsächlich für schwere Eisen- und Stahlsegmente, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, eingesetzt. 5) NEUE METHODEN In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat die Verwendung von Elektronenstrahlen, Laserstrahlen und Ultraschall (Ultraschall sind Schallwellen mit Frequenzen über der oberen hörbaren Grenze des menschlichen Gehörs) (siehe Schall ) zum Schweißen zugenommen. Diese Verfahren werden eingesetzt, um qualitativ hochwertige Schweißprodukte mit hoher Geschwindigkeit herzustellen. Diese Techniken werden für hochschmelzende Materialien und Glas sowie für Aluminium (Aluminium oder Aluminium ist ein chemisches Element in der Borgruppe mit Symbol Al und Ordnungszahl 13) und Kunststoffteile eingesetzt. Klebstoffe Klebstoffe, nichtmetallische Materialien in flüssiger, pastöser oder fester Form, die zum Verbinden von Teilen eines zu verbindenden Werkstücks verwendet werden. Die Klebewirkung basiert entweder auf der Haftung (siehe Haftung) oder auf einer inneren Festigkeit (siehe Haftung), die nach einem Trocknungsprozess entsteht. Zu den natürlichen Klebstoffen gehören Stärkepaste, bestimmte Kautschuke, Cellulose, Bitumen und Gummiklebstoffe. Viele natürliche Klebeprodukte wurden durch synthetische Varianten ersetzt.
Zu den organischen Klebstoffen aus tierischem Eiweiß gehören Klebstoffe aus Kollagen (Kollagen ist das Hauptstrukturprotein im extrazellulären Raum in den verschiedenen Bindegeweben in tierischen Körpern), eine Komponente des Bindegewebes (Bindegewebe ist eine der vier Arten von biologischem Gewebe, das verschiedene Arten von Geweben und Organen im Körper unterstützt, verbindet oder trennt) und Knochen von Säugetieren und Fischen; Klebstoffe aus Kasein (Kasein ist der Name für eine Familie verwandter Phosphoproteine), ein Protein (Proteine sind große Biomoleküle oder Makromoleküle, bestehend aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäureresten) Bestandteil der Milch , werden unter anderem in der Holzverarbeitung eingesetzt. Zu den Pflanzenklebstoffen gehören Stärke (Stärke oder Asyl ist ein polymeres Kohlenhydrat, das aus einer großen Anzahl von Glukoseeinheiten besteht, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind) Paste und Dextrine aus Mais, Weizen (Weizen ist ein Getreidekorn, das ursprünglich aus der Levante stammt, heute aber weltweit angebaut wird), Kartoffeln und Reis. Diese werden vor allem zum Verkleben von Papier, Holz und Textilmaterialien eingesetzt. Kautschuke wie Gummiarabikum (Gummiarabikum, auch Akaziengummi genannt, ist ein natürliches Gummi, das aus dem gehärteten Saft verschiedener Arten des Akazienbaums besteht), Agar-Agar (Agar oder Agar-Agar ist eine gelartige Substanz, die veganer Gelatine entspricht, aus Algen gewonnen) und Algin (Alginsäure, auch Algin oder Alginat genannt, ist ein anionisches Polysaccharid, das in den Zellwänden von Braunalgen weit verbreitet ist, wo es durch Bindung mit Wasser ein viskoses Gummi bildet) zur Verarbeitung befeuchtet werden. Diese Klebeprodukte sorgen z.B. dafür, dass Stempel oder gummierte Umschläge haften bleiben. Sogenannte Cellulose (Cellulose ist eine organische Verbindung mit der Formel, ein Polysaccharid bestehend aus einer linearen Kette von mehreren hundert bis vielen tausend β verlinkten D-Glucoseeinheiten) Klebstoffe werden bei der Verarbeitung von Leder, Stoff und Papier eingesetzt. Andere Beispiele pflanzlichen Ursprungs sind Gummiklebstoffe und Harze wie Baumharz und Mastix (Mastix ist ein aus dem Mastixbaum gewonnenes Harz) Harz. Synthetische Klebstoffe werden entweder einzeln oder als Mischung aus natürlichen Klebstoffen verarbeitet. Sie sind effizienter und vielseitiger als Naturprodukte. Die meisten von ihnen bilden Polymere, Riesenmoleküle, die eine große Anzahl einfacher Moleküle enthalten und so Ketten und Netzwerke bilden, die Oberflächen fest miteinander verbinden. Heißhärtende Klebstoffe, die sich z.B. durch Zugabe eines Katalysators oder durch Wärme verfestigen, werden unter anderem in Konstruktionen wie dem Verbinden von Metallteilen von Luft- und Raumfahrzeugen eingesetzt. Thermoplast (Ein thermoplastischer oder wärmeweichmachender Kunststoff ist ein Kunststoff, ein Polymer, das ab einer bestimmten Temperatur biegsam oder formbar wird und beim Abkühlen erstarrt) Harze werden durch Wärme erweicht und werden beispielsweise beim Verkleben von Holz-, Glas -, Gummi-, Metall- und Papierprodukten eingesetzt. Elastomere, wie beispielsweise Synthese- oder Naturkautschuk (Naturkautschuk, auch Indienkautschuk oder Kautschuk genannt, wie er ursprünglich hergestellt wurde, besteht aus Polymeren der organischen Verbindung Isopren, mit geringen Verunreinigungen anderer organischer Verbindungen sowie Wasser ) Klebstoffe werden zur Verbindung von flexiblen und festen Materialien eingesetzt.
1) Adhäsion Adhäsion, im physikalischen Sinne die Klebewirkung zwischen den Oberflächen zweier verschiedener Körper (z.B. flüssig und fest). Die Adhäsion wird durch Adhäsionskräfte, d.h. molekulare Wechselwirkungen an den Kontaktflächen, verursacht und unterscheidet sich von der Kohäsion, die die Anziehungskraft zwischen Teilen desselben Körpers ist. Adhäsion und Kohäsion haben daher den gegenteiligen Effekt. Wird beispielsweise eine Glasplatte mit Wasser in ein Becken getaucht und wieder herausgehoben, haftet etwas Wasser an der Glasplatte (Adhäsion), während der Rest in die Wassermasse im Becken zurückgezogen wird (Kohäsion). Die Haftung kann auch zwischen zwei verschiedenen Flüssigkeiten oder zwei Festkörpern erfolgen und hängt im letzteren Fall von der Größe der Kontaktfläche und damit von der Oberflächenrauheit ab. In der Medizin tritt die Adhäsion auf, wenn Gewebe oder Organe, die normalerweise getrennt sind, zusammenwachsen. Diese Anomalie kann nach einer Entzündung (Entzündung ist Teil der komplexen biologischen Reaktion von Körpergeweben auf schädliche Reize wie Krankheitserreger, geschädigte Zellen oder Reizstoffe und ist eine Schutzreaktion, an der Immunzellen, Blutgefäße und molekulare Mediatoren beteiligt sind) oder während der Heilung nach der Operation auftreten. 2) KOHÄSIONskohäsion, die Anziehungskraft zwischen Molekülen, durch die die Partikel einer Substanz zusammenhalten. Kohäsion muss von Adhäsion unterschieden werden, die in der gegenseitigen Anziehung von Partikeln auf die Oberflächen verschiedener Substanzen besteht. Die Kohäsionskräfte von Gasmolekülen sind daran zu erkennen, dass die Gase verflüssigt werden können. Beim Verflüssigen eines Gases kommen die Moleküle schließlich so nahe beieinander, dass die Anziehungskräfte stark genug werden, um den Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand zu bewirken. Die Kohäsion von Flüssigkeiten spiegelt sich in ihrer Oberflächenspannung wider (Oberflächenspannung ist die elastische Tendenz einer Flüssigkeitsoberfläche, die es ermöglicht, eine möglichst geringe Oberfläche zu erhalten). Es basiert auf folgendem Prinzip: Die Moleküle in der Flüssigkeit erfahren von allen Seiten gleich starke Anziehungskräfte durch ihre benachbarten Moleküle. Im Gegensatz dazu haben die Moleküle auf der Oberfläche nur Nachbarn neben sich und in der Flüssigkeit, aber keine über ihnen. Daher wirkt eine resultierende Kraft auf sie in die Flüssigkeit. Die Kohäsionskräfte werden noch stärker, wenn die Flüssigkeit abgekühlt wird und alle ihre Partikel beim Einfrieren zu einer festen, engeren Anordnung verschmelzen. Die Kohäsionskräfte in Festkörpern, einschließlich ihrer Härte, hängen unter anderem von der räumlichen Verteilung ihrer Partikel (Atome, Moleküle oder Ionen) ab. Die Kräfte können auch von unterschiedlicher Art sein. So bilden viele organische Substanzen beispielsweise molekulare Kristalle (molekulare Gitter). Bei dieser Art von Kristall sind die Moleküle durch relativ schwache intermolekulare Kräfte verbunden.