Fertigungstechnik "Fügen"
Im Handwerk ist es eine der Aufgaben der Fertigungstechnik, Werkstoffe zu verbinden. Fachlich korrekt spricht man bei den Verfahren von "Fügen". Das bedeutet die dauerhafte Verbindung von mindestens zwei festen Werkstoffen. Dies kann in unterschiedlichen Fügeverfahren geschehen. Bekannte Fügetechniken sind das Verschrauben, Kleben mit Klebstoffen und Schweißen. Im Allgemeinen werden die Verfahren in die drei Kategorien Kraft-, Form- und Stoffschlüssig unterteilt.
Hier eine Übersicht:
Kraftschlüssige Fügeverfahren
Das kraftschlüssige Fügen nutzt die natürlichen Kräfte, wie zum Beispiel das Klemmen und Halten von Objekten zwischen Daumen und Zeigefinger. Die Reibung zwischen den verbundenen Flächen wird durch Ausübung von hohem Druck(-kraft) verstärkt um ein Gleiten zu verhindern. Werkstoffe werden auf diese Weise fest verbunden. Schraubverbindungen zählen zu den Beispielsweise zu den Kraftschlüssigen Fügeverfahren. Vorteile von Schrauben sind, dass sie sich ohne große Probleme lösen lassen.
Formschlüssige Fügeverfahren
Formschlüssige Verbindungen, werden mit Beispielsweise Bolzen, Stifte oder Passfedern erstellt. Ein Verfahren wird als formschlüssig bezeichnet, wenn zwei oder mehr Werkstücke ineinandergreifen oder durch ein Verbindungselement zusammengehalten werden. Sie lassen sich ebenfalls wieder lösen. Reißverschlüsse und Zahnräder werden als Formschlüssige Verbindungen angesehen. Ein Vorteil dieser Technik ist, dass diese einen Spielraum zwischen den Verbundenen Bauteilen zulassen.
Stoffschlüssige Fügeverfahren
Mit stoffschlüssigen Verbindungen werden in der Regel Werkstücke dauerhaft verbunden.
Das Schweißen zählt zu den wichtigsten Fügeverfahren. Auch wenn sich beide Fügeverfahren ähneln, müssen Schweißen und Löten klar unterschieden werden. Beide Methoden nutzen hohe Temperaturen zum Fügen von zwei Werkstücken. Beim Schweißen werden die zu verbindenden Stellen thermisch aufgeschmolzen und im Gegensatz dazu wird beim Löten ein Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen und zur Verbindung genutzt.
Die Art des Werkstoffs und die Anforderungen an die Verbindungen erfordern unterschiedliche Schweißverfahren. Aus diesem Grund gibt es viele Unterschiedliche Schweißverfahren, die eine Kategorisierung benötigen. Nach DIN1910-3 werden Schweißverfahren nach ihrem Energieträger, Grundwerkstoff, dem physikalischen Ablauf des Vorgangs und dem Mechanisierungsgrad Kategorisiert.
Nach dem physikalischen Ablauf des Vorgangs werden Schweißverbindungen zunächst in zwei Kategorien unterteilt. Der große Unterschied der beiden Gruppen ist vor allem, dass beim Schmelzschweißen keine Kraft genutzt wird. Bei Pressschweißverfahren wird erhebliche Kraft benötigt.
Pressschweißen
Bei Pressschweißverfahren werden die zu verschweißenden Werkstücke durch hohen Kraftaufwand aneinandergepresst. Durch die Reibung entsteht Thermische Energie, die die Werkstoffe so stark erhitzt das die Werkstücke verschmelzen.
Schmelzschweißen
Werkstücke werden bei Schmelzschweißverfahren dadurch gefügt, dass das Material der Fügeflächen aufgeschmolzen werden. Die Fügeflächen verschmelzen anschließend und erzeugen eine dauerhafte Verbindung.
Die Vorteile beim Schmelzschweißen ist der geringere Aufwand im Vergleich zum Pressschweißen. Das macht es leichter in der Anwendung und günstiger.
Durch die Vorteile der Methode werden diese vermehrt im Handwerk eingesetzt. Aus diesem Grund werden sie hier stärker thematisiert.
Die gängigsten Schmelzschweißverfahren werden unten abgebildet.
Sie werden Gemäß ihrer Energieträger in sechs Unterkategorien unterteilt.
Schmelzschweißen Kategorien
- Gießschmelzschweißen
- Gasschweißen
- Wiederstandsschmelzschweißen
- Elektroschlackeschweißen
- Lichtbogenschweißen
- Metall-Lichtbogenschweißen
- Unterpulverschweißen Schutzgasschweißen
- Metall-Schutzgasschweißen -> MIG-/MAG-Schweißen
- Wolfram-Schutzgasschweißen -> WIG-Schweißen
- Elektronenstrahlschweißen
- Lichtstrahlschweißen
Welche Schweißtechnik verwendet wird, ist vom Material abhängig.
Historie der Löt- & Schweißtechniken
Der Mensch nutzt die Schweißbarkeit von Metallen seit tausenden von Jahren. Fundstücke belegen, dass die Menschen schon um 3200 v. Chr. Metalle verlötet haben. Um 1500 v. Chr. Wurde Feuer- und Hammerschweißen angewandt, um Metalle fest miteinander zu verschmelzen. Einen kleinen Überblick liefert der folgende Zeitstrahl:
ca. 3200 v. Chr.
- Historische Funde belegen, dass 3200 v.Chr. die Sumerer Löten zum Fügen von Schmuckstücken verwendeten
ca. 1500 v. Chr.
- Feuerpress- oder Hammerschweißen wurde schon 1500 v.Chr. in Kleinasien verwendet
- In den nachfolgenden Jahrhunderten stellten diese Verfahren die verbreitetsten Fügetechniken dar
Das Fortschreiten der Wissenschaft machte die Entwicklung der Methoden möglich, die wir heute kennen:
1890
- Kohlelichtbogenschweißen
- Widerstandspunktschweißen
- Lichtbogenschweißen mit Wolframelektrode
- Schweißen mit abschmelzender Metallelektrode
1900
- Die Entdeckung der Lösbarkeit von Acetylen in Aceton ermöglichte den Gasschweißbrenner
1910
- Umhüllte Stabelektroden
- Schweißstromquellen
1920
- Brennschneidmaschinen
1930
- Unterpulvermaschinen
1940
- Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
1950
- Kaltpressschweißen
- Reibschweißen
- Ultraschallschweißen
- Metall-Aktivgasschweißen unter CO2
- Fülldrahtelektroden
- Plasmaschneiden
1960
- Elektronenstrahlschweißen
- Diffusionsschweißen
- Plasmaschweißen
1970
- Laserstrahlschweißen
1990
- MAG Hochleistungsschweißen
1994
- MAG Doppeldrahtschweißen #
1996
- MAG Tandemschweißen
Ab 1995
- Non Vakuum Elektronenstrahlschweißen
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