Schweißparameter einstellen und Fugen vorbereiten - Schmied
Schweißparameter einstellen und Fugen vorbereiten - Schmied
Schweißparameter einstellen und Fugen vorbereiten - Schmied
Einleitung
Beim Herstellen und Instandsetzen geschmiedeter Bauteile beginnt die Qualität einer Schweißverbindung bereits vor dem Zünden des Lichtbogens. Du musst Werkstoff, Bauteildicke, Nahtart, Schweißposition und Qualitätsanforderung kennen, eine geeignete Fuge herstellen und die Schweißparameter aufeinander abstimmen.
Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende im Schmiedehandwerk und in der Metalltechnik. Im Mittelpunkt stehen das MAG-Schweißen, das E-Hand-Schweißen und ergänzend das WIG-Schweißen. Du lernst, wie Stromstärke, Spannung, Drahtvorschub, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasmenge und Brennerhaltung zusammenwirken.
Sicherheit: Schweißarbeiten dürfen nur nach Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung und betrieblicher Freigabe durchgeführt werden. Verbindlich sind Zeichnung, Schweißanweisung, Gerätehandbuch, Herstellerangaben und die Anweisungen der ausbildenden Fachkraft.
Lernziele
Nach der Bearbeitung kannst Du:
- Schweißauftrag analysieren: Werkstoff, Nahtart, Schweißposition und Qualitätsanforderung aus den Unterlagen entnehmen.
- Schweißfuge vorbereiten: Fugenflanken, Steg, Öffnungswinkel und Wurzelspalt fachgerecht herstellen.
- Schweißparameter einstellen: Stromstärke, Spannung, Drahtvorschub, Schutzgasmenge und Schweißgeschwindigkeit begründet auswählen.
- Probenaht beurteilen: Einbrand, Nahtform, Spritzer und typische Unregelmäßigkeiten bewerten.
- Arbeitssicherheit beim Schweißen: Gefährdungen durch Strahlung, Rauch, Strom, Druckgas, Hitze und Brand beherrschen.
Arbeitsauftrag und Schweißanweisung
Vor Beginn prüfst Du Fertigungszeichnung, Stückliste, Werkstoffbezeichnung, Nahtsymbol, Maßangaben, Schweißfolge und eine vorhandene WPS. Eine WPS kann Schweißverfahren, Grundwerkstoff, Zusatzwerkstoff, Schutzgas, Stromart, Polung, Parameterbereich, Vorwärmtemperatur, Zwischenlagentemperatur und Nahtfolge festlegen. Diese Angaben haben Vorrang vor allgemeinen Tabellenwerten.
| Verfahrensnummer | Verfahren | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| 111 | Lichtbogenhandschweißen mit umhüllter Stabelektrode | Montage, Reparatur und dickere Querschnitte |
| 135 | MAG-Schweißen mit Massivdrahtelektrode | Häufiges Verfahren für unlegierte und niedriglegierte Stähle |
| 136 | MAG-Schweißen mit Fülldrahtelektrode | Hohe Abschmelzleistung und besondere Einsatzbedingungen |
| 141 | WIG-Schweißen | Kontrollierte Wurzel- und Sichtnähte |
Die Verfahrensnummern folgen der Systematik der DIN EN ISO 4063.
Fugenformen und Fachbegriffe
Typische Verbindungen sind Stumpfstoß, T-Stoß, Überlappstoß, Eckstoß und Kreuzstoß. Bei einer vorbereiteten Stumpfnaht sind folgende Begriffe wichtig:
- Fugenflanke: Bearbeitete Fläche, die beim Schweißen aufgeschmolzen wird.
- Fugenwinkel: Winkel zwischen den vorbereiteten Fugenflanken.
- Steg: Nicht angeschrägter Rest an der Wurzelkante.
- Wurzelspalt: Abstand zwischen den Bauteilen an der Nahtwurzel.
- Nahtwurzel: Tiefster Bereich der Verbindung.
- Decklage: Letzte sichtbare Lage einer mehrlagigen Naht.
Fugenmaße werden nicht geschätzt. Sie ergeben sich aus Zeichnung, WPS, Bauteildicke, Schweißverfahren, Zugänglichkeit und geforderter Durchschweißung. Die DIN EN ISO 9692-1 beschreibt gebräuchliche Arten der Schweißnahtvorbereitung für Stähle.
Fugen fachgerecht vorbereiten
Eine sorgfältige Fugenvorbereitung ermöglicht einen kontrollierten Einbrand und beeinflusst Schweißgutvolumen, Arbeitszeit, Verzug und Fehlergefahr.
Arbeitsfolge
- Unterlagen prüfen: Kontrolliere Zeichnung, Werkstoff, Maße, Nahtsymbol und WPS.
- Bauteil kennzeichnen: Markiere Bezugskanten, Fugenverlauf und Bearbeitungsgrenzen.
- Trennen und Anfasen: Nutze das freigegebene Verfahren, zum Beispiel Sägen, Fräsen, Schleifen, Brenn- oder Plasmaschneiden.
- Kanten nacharbeiten: Entferne Grate, Kerben, lose Schlacke und ungleichmäßige Schnittbereiche.
- Fügeflächen reinigen: Beseitige Rost, Zunder, Öl, Fett, Feuchtigkeit, Farbe und Beschichtungen im erforderlichen Bereich.
- Geometrie prüfen: Miss Öffnungswinkel, Steg, Wurzelspalt und Versatz.
- Bauteile ausrichten: Verwende geeignete Anschläge und Spannmittel ohne unzulässige Zwangsspannungen.
- Heften: Setze tragfähige Heftnähte nach festgelegter Reihenfolge.
- Heftstellen kontrollieren: Entferne fehlerhafte Heftstellen und stelle saubere Übergänge her.
Bei Schmiedeteilen kommen Zunder, wechselnde Querschnitte und unebene Flächen hinzu. Deshalb musst Du eindeutige Bezugspunkte festlegen und die Zugänglichkeit der Fügestelle prüfen. Ein abweichender Wurzelspalt verändert Einbrand und Durchbrandgefahr.
Schweißparameter einstellen
Schweißparameter wirken zusammen. Eine Änderung beeinflusst Lichtbogenlänge, Wärmeeintrag, Abschmelzleistung, Einbrand, Nahtbreite und Spritzerbildung. Arbeite systematisch: Vorgabe lesen, Grundwerte einstellen, Probenaht schweißen, Ergebnis prüfen und jeweils nur eine Einflussgröße verändern.
| Parameter | Hauptwirkung | Mögliche Folge bei falscher Einstellung |
|---|---|---|
| Schweißstromstärke | Abschmelzleistung und Einbrand | Zu niedrig kann Bindefehler, zu hoch Durchbrand und Einbrandkerben fördern |
| Lichtbogenspannung | Lichtbogenlänge und Nahtbreite | Zu niedrig kann der Lichtbogen kurz und unruhig, zu hoch breit und instabil werden |
| Drahtvorschub | Bestimmt beim MAG-Schweißen wesentlich Strom und Abschmelzleistung | Zu hoch stößt der Draht in das Bad, zu niedrig entsteht ein langer Lichtbogen |
| Schweißgeschwindigkeit | Wärmeeinbringung pro Nahtlänge | Zu schnell kann Einbrand fehlen, zu langsam können Durchbrand und Verzug entstehen |
| Freies Drahtende | Widerstandserwärmung und Lichtbogenstabilität | Zu lang vermindert oft den Einbrand, zu kurz erhöht die Festbrenngefahr |
| Schutzgasvolumenstrom | Abschirmung des Schmelzbads | Zu wenig kann Poren, zu viel Turbulenzen verursachen |
| Brennerwinkel | Einbrand, Nahtform und Sicht auf das Bad | Ein falscher Winkel kann einseitigen Einbrand verursachen |
MAG-Schweißgerät einstellen
Beim MAG-Schweißen wird eine abschmelzende Drahtelektrode kontinuierlich zugeführt. Bei konventionellen Geräten werden Spannung und Drahtvorschub abgestimmt. Bei Synergiegeräten wählst Du Werkstoff, Drahtdurchmesser, Schutzgas und Leistungsstufe und korrigierst anschließend bei Bedarf Lichtbogenlänge oder Dynamik.
- Prüfe die Kombination aus Grundwerkstoff, Drahtelektrode und Schutzgas.
- Kontrolliere Vorschubrolle, Anpressdruck, Drahtführung, Stromdüse und Gasdüse.
- Stelle die in der WPS geforderte Polung her.
- Kontrolliere Druckminderer, Schlauchverbindungen und Gasdurchfluss.
- Wähle Werkstoff, Verfahren, Drahtdurchmesser und gegebenenfalls die Synergiekennlinie.
- Stelle Spannung und Drahtvorschub im freigegebenen Bereich ein.
- Halte freies Drahtende und Brennerwinkel ein.
- Schweiße eine Probenaht auf vergleichbarem Material in derselben Position.
- Beurteile Lichtbogengeräusch, Spritzer, Einbrand, Nahtübergänge und Porenfreiheit.
Für Ausbildungsübungen mit unlegiertem Stahl und 0,8- oder 1,0-mm-Massivdraht liegen Schutzgasvolumenströme in windgeschützter Werkstatt häufig ungefähr zwischen 8 und 16 Litern pro Minute. Verbindlich bleiben WPS, Gasdüse, Drahtdurchmesser, Brennerabstand, Schweißstrom und Umgebungsbedingungen.
E-Hand-Schweißen einstellen
Beim E-Hand-Schweißen hängen Stromstärke und Polung von Elektrodentyp, Durchmesser, Schweißposition, Werkstückdicke und Herstellerangabe ab. Feuchte oder falsch gelagerte Elektroden können Poren, instabilen Lichtbogen und Rissgefahr fördern.
| Elektrodendurchmesser | Häufiger Orientierungsbereich |
|---|---|
| 2,0 mm | etwa 40 bis 70 A |
| 2,5 mm | etwa 60 bis 100 A |
| 3,2 mm | etwa 90 bis 140 A |
| 4,0 mm | etwa 130 bis 190 A |
Die Herstellerangabe auf der Elektrodenpackung ist maßgebend. Klebt die Elektrode häufig fest, kann der Strom zu niedrig oder der Lichtbogen zu kurz sein. Glüht sie stark aus oder wird das Schmelzbad unbeherrschbar, kann der Strom zu hoch sein.
WIG-Schweißen ergänzend einstellen
Beim WIG-Schweißen brennt der Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Für Stähle wird meist Gleichstrom, für Aluminium häufig Wechselstrom verwendet. Stromart, Polung, Wolframelektrode, Gas, Vor- und Nachströmzeit müssen zur Aufgabe passen.
Fügeflächen und Zusatzdraht müssen besonders sauber sein. Berührt die Wolframelektrode das Schmelzbad, wird sie verunreinigt und muss fachgerecht nachgeschliffen oder ersetzt werden.
Wärmeeinbringung und Streckenenergie
Die Wärmeeinbringung pro Nahtlänge steigt, wenn Strom oder Spannung erhöht werden oder wenn Du langsamer schweißt. Eine vereinfachte Beziehung lautet:
Q = k × U × I × 60 / 1000 / v
Dabei ist Q die Wärmeeinbringung in Kilojoule pro Millimeter, k ein verfahrensabhängiger Wirkungsgradfaktor, U die Spannung in Volt, I die Stromstärke in Ampere und v die Schweißgeschwindigkeit in Millimeter pro Minute.
Eine zu hohe Wärmeeinbringung kann Verzug, grobes Gefüge und eine breite Wärmeeinflusszone fördern. Eine zu geringe Wärmeeinbringung kann Bindefehler oder unzureichende Durchschweißung verursachen.
Probenaht prüfen
Eine Probenaht soll aus vergleichbarem Werkstoff bestehen, eine ähnliche Dicke besitzen und in derselben Schweißposition ausgeführt werden.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Prüfrichtung |
|---|---|---|
| Poren | Verunreinigung, Feuchtigkeit, Zugluft oder Gasverlust | Reinigen, Gasweg prüfen und Luftströmung beurteilen |
| Starke Spritzer | Unpassendes Verhältnis von Spannung und Drahtvorschub | Kennlinie, Kontaktierung, Polung und Abstand kontrollieren |
| Bindefehler | Zu geringe Wärmeeinbringung, hohe Geschwindigkeit oder falscher Winkel | Parameter, Fugenform und Lagenführung prüfen |
| Durchbrand | Zu hohe Wärmeeinbringung, großer Wurzelspalt oder kleiner Steg | Fugenmaße, Strom und Geschwindigkeit prüfen |
| Einbrandkerbe | Zu hohe Spannung oder Geschwindigkeit, falscher Winkel | Lichtbogenlänge und Brennerhaltung prüfen |
| Verzug | Zu hohe Wärmeeinbringung oder ungünstige Schweißfolge | Nahtfolge, Spannplan und Zwischenabkühlung prüfen |
Die Bewertung richtet sich nach Zeichnung, Anwendungsvorschrift und festgelegter Bewertungsgruppe, beispielsweise nach DIN EN ISO 5817. Eine optisch glatte Naht ist nicht automatisch fehlerfrei.
Besonderheiten bei Schmiedeteilen
Geschmiedete Bauteile können wechselnde Querschnitte, Zunder, Bearbeitungszugaben und lokale Gefügeunterschiede besitzen. Vor dem Schweißen muss die Werkstoffbezeichnung eindeutig feststehen. Kohlenstoffgehalt, Legierungselemente, Bauteilsteifigkeit, Wasserstoffeintrag und Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen die Rissgefahr.
Bei höherfesten, vergüteten oder unbekannten Stählen darfst Du keine Parameter aus allgemeinen Tabellen übernehmen. Erforderlich können besondere Zusatzwerkstoffe, Vorwärmung, Begrenzung der Zwischenlagentemperatur, kontrollierte Abkühlung oder Wärmebehandlung sein. Diese Maßnahmen müssen aus Werkstoffunterlagen und WPS hervorgehen.
Zunder wird im Fugenbereich vollständig entfernt. Das Schmiedeteil muss auf Risse, Überlappungen, Kerben und Maßabweichungen geprüft werden. Eine Schweißnaht darf Fehler aus dem Schmiedeprozess nicht verdecken.
Arbeitssicherheit und Umweltschutz
- Persönliche Schutzausrüstung: Trage Schweißhelm, flammhemmende Kleidung, trockene Schweißerhandschuhe und Sicherheitsschuhe.
- Schweißrauchabsaugung: Erfasse Schweißrauch möglichst nahe an der Entstehungsstelle, ohne die Schutzgasglocke zu stören.
- Brandschutz: Entferne brennbare Stoffe und beachte Heißarbeitserlaubnis und Brandwache.
- Druckgasflaschen: Sichere Flaschen gegen Umfallen und verwende nur geeignete Druckminderer und Schläuche.
- Elektrische Sicherheit: Kontrolliere Leitungen, Elektrodenhalter, Masseanschluss und trockene Arbeitsbedingungen.
- Schleifarbeiten: Prüfe Scheibe, Schutzhaube, Drehzahl und Funkenrichtung.
- Beschichtete Bauteile: Entferne Beschichtungen nur nach Freigabe und Gefahrstoffbeurteilung.
- Heiße Bauteile: Kennzeichne und sichere erwärmte Werkstücke.
Dokumentation
Dokumentiere Auftragsbezeichnung, Werkstoff, Bauteildicke, Fugenform, Wurzelspalt, Schweißverfahren, Schweißposition, Zusatzwerkstoff, Schutzgas, Spannung, Stromstärke, Drahtvorschub, Temperaturen, Schweißfolge, Prüfergebnis, Abweichungen und Korrekturen.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Unterlage hat bei qualitätsrelevanten Schweißparametern Vorrang? (Die gültige Schweißanweisung) (!Eine beliebige Internettabelle) (!Die Einstellung des vorherigen Auftrags) (!Die höchste Leistungsstufe des Geräts)
Wie heißt der Abstand der Bauteile an der Nahtwurzel? (Wurzelspalt) (!Decklagenbreite) (!Brennerwinkel) (!Elektrodenüberstand)
Welche Verfahrensnummer bezeichnet MAG-Schweißen mit Massivdrahtelektrode? (135) (!111) (!141) (!311)
Welche Einstellung bestimmt beim MAG-Schweißen wesentlich Strom und Abschmelzleistung? (Drahtvorschub) (!Gasflaschenfarbe) (!Helmgröße) (!Werkbankhöhe)
Was kann ein zu hoher Schutzgasvolumenstrom verursachen? (Turbulenzen mit Lufteinmischung) (!Sichere Erhöhung der Nahtfestigkeit) (!Vollständige Entfernung des Zunders) (!Automatische Verringerung des Wurzelspalts)
Warum wird vor der Fertigungsnaht eine Probenaht geschweißt? (Um Einstellungen unter vergleichbaren Bedingungen zu prüfen) (!Um die Schutzkleidung zu erwärmen) (!Um die Gasflasche zu entleeren) (!Um die Werkstoffbezeichnung zu ersetzen)
Welche Stoffe müssen aus dem Fugenbereich entfernt werden? (Öl und Zunder) (!Maßangaben der Zeichnung) (!Seriennummern des Geräts) (!Werkstoffkennzeichen außerhalb der Fuge)
Welche Ursache kann einen Bindefehler begünstigen? (Zu geringe Wärmeeinbringung) (!Sauberer Grundwerkstoff) (!Korrekter Brennerwinkel) (!Dokumentierte Probenaht)
Was ist bei unbekannter Stahlsorte zuerst erforderlich? (Eindeutige Werkstoffklärung) (!Möglichst hohe Stromstärke) (!Möglichst großer Wurzelspalt) (!Beliebiger Zusatzwerkstoff)
Wo soll Schweißrauch möglichst erfasst werden? (Nahe an der Entstehungsstelle) (!Nur an der Hallendecke) (!Hinter der Gasflasche) (!Unter der Werkbank ohne Luftführung)
Memory
| Wurzelspalt | Abstand an der Nahtwurzel |
| Fugenflanke | Bearbeitete Fläche der Schweißfuge |
| Drahtvorschub | Zufuhrgeschwindigkeit der Drahtelektrode |
| Decklage | Letzte sichtbare Lage |
| Heftnaht | Vorläufige Fixierung |
| Schutzgas | Abschirmung des Schmelzbads |
| Einbrand | Aufgeschmolzene Tiefe |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Schweißanweisung | Verbindliche Vorgaben für den Schweißablauf |
| Fugenwinkel | Winkel zwischen den vorbereiteten Fugenflanken |
| Stromstärke | Einflussgröße für Abschmelzleistung und Einbrand |
| Schweißgeschwindigkeit | Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Naht |
| Absaugung | Erfassung gesundheitsgefährdender Schweißrauche |
| Probenaht | Prüfung der gewählten Einstellungen |
Kreuzworträtsel
| Wurzelspalt | Wie heißt der Abstand an der Nahtwurzel? |
| Drahtvorschub | Welche Einstellung bestimmt die Drahtzufuhr? |
| Schutzgas | Welches Medium schirmt das Schmelzbad ab? |
| Fugenwinkel | Wie heißt der Winkel zwischen den Fugenflanken? |
| Einbrand | Wie heißt die aufgeschmolzene Tiefe? |
| Heftnaht | Welche kurze Naht fixiert die Bauteile? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Fugenbegriffe beschriften: Zeichne eine V-Fuge und beschrifte Fugenflanke, Fugenwinkel, Steg, Wurzelspalt und Nahtwurzel.
- Arbeitsplatzcheck erstellen: Entwickle eine Checkliste für Schweißhelm, Handschuhe, Absaugung und Brandschutz.
- Nahtbilder vergleichen: Vergleiche drei Übungsnähte hinsichtlich Breite, Überhöhung und Nahtübergang.
- Parameterkarten anlegen: Erstelle Lernkarten zu Stromstärke, Spannung, Drahtvorschub und Schweißgeschwindigkeit.
Standard
- Fugenvorbereitung planen: Plane die Herstellung einer V-Fuge und begründe Werkzeugwahl und Prüfreihenfolge.
- MAG-Probenaht dokumentieren: Schweiße unter Aufsicht mehrere Proben mit jeweils nur einer veränderten Einstellung.
- Fehleranalyse durchführen: Untersuche eine fehlerhafte Naht und entwickle eine Korrekturstrategie.
- Schweißerinterview führen: Befrage eine Fachkraft zu typischen Einstellfehlern.
Schwer
- Schweißfolge entwickeln: Entwirf für einen Schmiederahmen eine Heft- und Schweißfolge mit geringem Verzug.
- Werkstofffall untersuchen: Vergleiche die Schweißvorbereitung eines Baustahls mit einem vergüteten Stahl.
- Makroschliff auswerten: Beurteile unter Anleitung Einbrand, Bindung und Lagenaufbau.
- Lernvideo produzieren: Erstelle ein Ausbildungsvideo vom Prüfen der WPS bis zur Bewertung der Probenaht.
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Lernkontrolle
- Parameterbegründung: Entwickle bei starkem Spritzen und unruhigem Lichtbogen eine systematische Prüfreihenfolge.
- Fugenvergleich: Vergleiche I-Fuge und V-Fuge hinsichtlich Schweißgutvolumen, Einbrand und Verzug.
- Fehlerkette analysieren: Erkläre, wie Öl auf der Fugenflanke zu Poren führen kann.
- Schmiedeteil beurteilen: Leite bei starkem Zunder und unbekanntem Werkstoff die notwendigen Schritte ab.
- Wärmeeinbringung übertragen: Begründe die Wirkung einer halbierten Schweißgeschwindigkeit bei unverändertem Strom und unveränderter Spannung.
- Arbeitsschutzkonzept: Entwickle ein Schutzkonzept aus technischen, organisatorischen und persönlichen Maßnahmen.
Lernnachweis
Für den Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:
- Zeichnung und Schweißanweisung auswertest,
- Schweißfugen maßhaltig und sauber vorbereitest,
- geeignete Werkzeuge und Prüfmittel auswählst,
- Bauteile mit korrektem Wurzelspalt heftest,
- Schweißparameter fachlich begründet einstellst,
- eine Probenaht herstellst und beurteilst,
- typische Unregelmäßigkeiten und Ursachen zuordnest,
- bei unbekannten Werkstoffen keine unzulässigen Annahmen triffst,
- Arbeitsschutzmaßnahmen sicher anwendest,
- Einstellungen und Prüfergebnisse dokumentierst.
OERs zum Thema
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