Willkommen
Jede Brühe, über die du fuhrst, jedes Hochhaus, vorbei an dem du gingst, jedes Rohr, das Treibstoff über einen Kontinent transportiert: Sie alle hängen von geschweißten Verbindungen ab, die stark genug sind.
Schweißen ist der Prozess, bei dem zwei Metallteile durch Erhitzen miteinander verbunden werden, meist mit einem Füllmaterial, um eine Verbindung zu schaffen, die genauso stark oder sogar stärker als das Basismaterial selbst ist.
Es handelt sich um eines der ältesten und wichtigsten Handwerke der Welt. Ohne Schweißer gibt es keine moderne Infrastruktur, keine Luft- und Raumfahrt, keine Schiffbauindustrie, keine Fertigung.
In dieser Lektion werden wir die grundlegende Wissenschaft hinter dem Schweißen behandeln, die wichtigsten Verfahren, die in der Branche verwendet werden, die Planung und Lesung von Schweißtverbindungen von Zeichnungen und die Sicherheitsdisziplin, die Profis von Amateuren unterscheidet.
Aufwärmphase
Bevor wir in den Werkstatt gehen, schauen wir, was du bereits weißt oder bemerkt hast.
Die Big Three Verfahren
MIG, TIG und Stick
Es gibt Dutzende von Schweißerfahren, aber drei dominieren das Handwerk. Jedes hat seine Vor- und Nachteile.
MIG (GMAW, Gas Metal Arc Welding): Ein Drahtzugabe-Prozess. Die Maschine füdert einen Spulen Fülldraht durch die Pistole, während ein Schutzgas (in der Regel ein Argon-CO2-Gemisch) den Schweißtpool vor Verunreinigungen schützt. MIG ist schnell, einfach zu lernen und ideal für Produktionsarbeiten an ungefürdigtem Stahl und Aluminium. Es ist das Verfahren der Wahl in der Fertigung und im Autozubehör.
TIG (GTAW, Gas Tungsten Arc Welding): Das Präzisionsverfahren. Ein nicht verbrauchendes Wolfram-Elektroden erzeugt den Lichtbogen, und der Schweißer füdert Fülldraht mit der anderen Hand. Reines Argon-Schutzgas. TIG erzeugt die saubersten und präzisesten Schweiße und ist für die Luft- und Raumfahrt, Lebensmittelgrade Edelstahl und dunnes Rohr nötig. Es ist das langsamste der drei und das schwierigste zu meistern.
Stift (SMAW, Schutzgas-Schweißtung mit Schutzgas): Das Arbeitspferd. Ein fluskoatetes Elektrodenmaterial schmilzt und legt Füllmetall ab, während der Fluss selbst einen Schutzgasmantel und eine Schlackenschicht bildet. Ein externer Gasflaschen ist nicht erforderlich. Stift eignet sich gut für den Einsatz im Freien bei Wind und Regen, auf rauer oder schmutziger Metall Oberfläche und in engen Räumen. Pipeline-Schweißer, Bauarbeiter für Stahlbetonkonstruktionen und Reparaturteams in der Praxis verlassen sich darauf.
Die richtige Schweißttechnik hängt von der Art des Metalls, der Verbindungsart, der Umgebung und den Anforderungen an die Qualität ab.
Das richtige Verfahren auswählen
Ein Schweißtbetrieb erhält in einer Woche drei Aufträge. Auftrag eins ist das Schweißten von Edelstahl-Rohren für eine Lebensmittelverarbeitungsanlage: Die Schweißtnieten müssen sauber sein und keine Verunreinigungen aufweisen. Auftrag zwei ist der Reparaturauftrag an einem gekerbten Stahltragwerk an einer Außenbrühe im Januar mit Wind. Auftrag drei ist das Schweißten von 200 identischen mildstahl-Befestigungselementen an einer Produktionslinie.
Physik des elektrischen Bogens
Was passiert, wenn Sie einen Bogen entzüden
Das Schweißtbogen ist eine nachhaltige elektrische Entladung über einen Spalt zwischen Elektrode und Arbeitsstück. Wenn der Stromkreis geschlossen wird, fließt der Strom durch den Gas im Spalt, ionisiert er in Plasma: die vierte Aggregatzustand.
Dieses Plasma erreicht Temperaturen zwischen 6000 und 10000 Grad Fahrenheit, weit öber dem Schmelzpunkt von Stahl (ungefähr 2500 F). Die intensive Hitze schafft einen Schmelzpool: einen kleinen Schmelztropfen aus dem Arbeitsstück.
Die Hitzebeeinflussungszone (HAZ): Der Bereich um den Schmelzpool herum, der sich nicht schmilzt, aber genug Hitze bekommt, um die Mikrostruktur des Metalls zu verändern. Die HAZ kann bruchsicher oder geschwächt werden, wenn der Schweißer zu viel Hitze anwendet oder zu langsam arbeitet. Die Kontrolle der Wärmeeinträge ist eine der wichtigsten Fertigkeiten im Schweißten.
Schutzgas: Gemischtes Metall reagiert explosiv mit Sauerstoff und Stickstoff in der Luft. Die Oxidation führt zu Porosität (winzige in der Schweissnaht eingeschlossene Gasblasen) und schwächt den Verbindungsplatz ab. Schutzgas, Argon, CO2 oder eine Mischung verdrängt die Atmosphäre um den Schweissbad, hält es sauber.
Ohne Schutz absorbirt das Schweissbad atmosphärische Gase und das entstehende Schweissnaht ist porös, spröde und strukturiell wertlos. Jeder Schweisstechnik hat eine Art von Schutz: externe Gas in MIG und TIG, Schutzschicht in Sticks.
Warum Schutz wichtig ist
Ein Schweißer führt MIG auf eine mildstahle Platte draußen vor. Ein starker Windstoß bläst über die Arbeitsfläche. Der Schweissbogen sieht normal aus, aber wenn der Schweißer die Verschmutzung und untersucht die Naht, ist sie voller winziger Löcher und sieht rau und porös.
Wärme steuern
Zwei Schweißer führen die gleiche Verbindung auf identische Stahlplatten aus. Schweißer A bewegt sich schnell mit moderater Stromstärke. Schweißer B bewegt sich langsam mit hoher Stromstärke, was viel mehr Wärme in das Metall gibt.
Beide Schweissnaht sehen auf der Oberfläche akzeptabel aus, aber Welder B's Platte ist gewölbt und verbogen und das Metall neben der Schweissnaht ist verfärbt und spröde.
Fünf Grundtypen von Verbindungen
Wie Metallelemente zusammengebracht werden
Jede geschweißte Verbindung beginnt mit der Anordnung der Teile zueinander. Es gibt fünf grundlegende Verbindungsvarianten.
Stegverbindung: Zwei Stücke nebeneinander an der Kante in derselben Ebene positioniert. Wird für Platten und Rohre verwendet. Die am häufigsten verwendete Verbindung in der Bau- und Drucktechnik. Oftmals erfordert sie eine Verbiegung (Anlegen eines Winkels an den Kantenenden), um eine vollständige Durchschweißung bei dickem Material zu ermöglichen.
Überlappverbindung: Zwei Stücke, die sich überschneiden. Einfach, stark in Scherbelastung, häufig in Blechmetall- und Karosseriebau.
T-Verbindung: Ein Stück waagerecht zu einem anderen gestellt, wodurch ein T-Form bildet. Die Schweißnaht ist typischerweise eine Filzenaht am Schnittpunkt.
Eckverbindung: Zwei Stücke, die sich an einem rechten Winkel entlang ihrer Kanten treffen, wodurch ein L-Form entsteht. Verwendet in Rahmen, Kästen und Verkleidungen.
Kantenverbindung: Zwei Stücke, die parallel zueinander positioniert sind und ihre Kanten ausgerichtet sind. Hauptsächlich für dünnes Blech und geringe Belastung verwendet.
Fillet-Nähte sind dreieckige Nähte, die im Innern eines T-Joints, einer Überlappverbindung oder einer Eckverbindung eingebettet werden. Groove-Nähte füllen einen vorbereiteten Spalt (Verbiegung) zwischen zwei Stücken in einer Stegverbindung.
Schweißsymbole auf Bauplänen sagen dem Schweißer genau vor, welche Art von Schweißnaht gemacht werden soll, ihre Größe, Länge und Position. Das grundlegende Symbol sitzt auf einer Referenzlinie mit einer Pfeilspitze, die auf die Verbindung zeigt. Das Schweißnahtsymbol befindet sich auf der Referenzlinie: unter der Linie bedeutet es, dass die Naht auf der Pfeilseite geschweißt wird, über der Linie bedeutet es, dass sie auf der anderen Seite geschweißt wird.
Die Lesart des Auftrags
Ein Bauingenieur gibt dir einen Entwurf für einen Stahltischrahmen. Vier Beine aus rechteckigem Rohr müssen an einer flachen Platte oben geschweißt werden. Die Verbindungen, an denen die Beine die Unterseite der Platte treffen, tragen das gesamte Gewicht von allem, was auf dem Tisch platziert wird.
Welding Hazards and Protection
Die Unverzichtbaren
Welding erzeugt Gefahren, die dauerhafte Verletzungen oder den Tod verursachen können. Sicherheit ist keine Option: Es ist die erste Fähigkeit, die jeder professionelle Schweißer meistert.
UV- & Infrarotstrahlung: Der Schweißstrahl emittiert intensive ultraviolette Strahlung, die das Arc-Auge (Photokeratitis) verursacht, das wie Sand in den Augen fühlt und vorübergehende Blindheit verursachen kann. Langzeitexpositionen verursachen Hautverbrennungen ähnlich schweren Sonnenbrand. Ein richtiges Schweißhelmp, mit dem richtigen Schattiergrad-Len (Schattiergrad 10-13 für Schweißen) ist obligatorisch. Automatisierende Helme wechseln von einem hellen Schatten zum Schweißen-Schatten in Millisekunden, wenn der Schweißstrahl austritt.
Dämpfe & Lüftung: Bei Schweißen wird Metall, Flux und Beschichtungen verbrannt und erzeugen Dämpfe, die Mangan, Chrom, Zink und andere toxische Verbindungen enthalten. Galvanisiertes Stahlblech (Zinkbeschichtet) erzeugt Zinkoxid-Dämpfe, die Metallrauchfieber verursachen, ein Grippe-like-Symptom, das Stunden nach der Exposition eintritt. Die Dämpfe aus Edelstahl enthalten hexavalenten Chrom, einen bekannter Karcinogen. Eine ausreichende Belüftung, eine Dämpfenauszug oder ein Atemschutzgerät ist erforderlich.
Elektrische Gefahren: Schweißmaschinen liefern hohe Stromstärken bei relativ niedriger Spannung, aber der offene Stromkreis-Spannung (üblicherweise 60-80 Volt) kann in nassen Bedingungen einen tödlichen Schock liefern. Schweißen in stehendem Wasser sollte unterlassen werden. Prüfen Sie Kabel und Verbindungen auf Schäden. Die Arbeitsstücke müssen richtig geerdet sein.
Feuer & Verbrennungen: Funken und geschmolzenes Metall können bis zu 35 Fuß weit reisen. Räumen Sie den Bereich von brennbaren Materialien frei. Tragen Sie feuerbeständige Kleidung, Lederhandschuhe und Lederstiefel. Nach einem Brandwache ist erforderlich, wenn nahe an brennbare Materialien geschweißt wird.
Zusammenfassung PPE: Schweißhelmp (korrekter Schattiergrad), Sicherheitsbrille darunter, Lederhandschuhe, feuerbeständiger Jacket oder Ärmel, Lederstiefel, Schutzausgabe in geschlossenen Räumen und Atemschutzgerät, wenn die Belüftung unzureichend ist.
Sicherheitsentscheidungen
Sie erreichen einen Einsatzort, um an einer Stelle eines Stahlgeländers zu schweißen. Der Raum ist winzig und hat keine Fenster und nur eine Tür. In der Ecke, etwa 10 Fuß vom Schweißplatz entfernt, sind Kartons aus Karton und ölige Lappen gelagert. Das Bodenpflaster hat einige Pfützen von einem kürzlichen Rohrleck.
Wohin führt das Schweißen
Schweißkarrieren und Zertifizierung
Schweißen ist keine einzige Karriere: Es ist eine Plattform, die Türen zu Dutzenden von Spezialisierungen öffnet, von denen viele hochbezahlt und ständig nachgefragt sind.
Pipelineschweißer: Verbindet Abschnitte von Öl-, Gas- und Wasserleitungen im Gelände. Oft Stick- oder talwärts-Schweißen auf Kohlenstoffstahlrohr. Pipelineschweißer reisen ständig und erhalten Prämien. Ein geschulter Pipelineschweißer kann über 100.000 US-Dollar im Jahr verdienen.
Tieftauchschweißer (Hyperbarisch schweißen): Schweißt auf Offshore-Plattformen, auf Schiffshülle und Unterwasserinfrastruktur. Kombiniert kommerzielles Tauchzertifizierungsverfahren mit Schweißkenntnissen. Eine der höchstbezahlten und gefährlichsten Schweißspezialisierungen.
Flugzeugschweißer: TIG-Schweißen auf exotischen Legierungen wie Titan, Inconel und Aluminium-Lithium für Flugzeuge und Raumfahrzeuge. Extreme Genauigkeit und Sauberkeitsstandards. Jeder Schweißnaht wird geprüft und dokumentiert.
Bau- und Stahlbetonarbeiter-Schweißer: Schweißt Stahlbeton im Bauwesen, bei Brücken und schweren Geräten. Oft arbeitet man an hohen Stellen bei Verbindungen von Stahlträgern.
Zertifizierung: Die American Welding Society (AWS) verantwortet die Qualifikationstests für Schweißer. Die am häufigsten durchgeführte ist die AWS D1.1 Structural Welding Code Qualifikation. Ein bestandener Zertifizierungs-Test bedeutet, dass Sie eine Prüfprobe geschweißt haben, die geformt oder röntgenologisch untersucht wurde und bestanden hat. Zertifizierungen sind auf Prozess, Position und Material beschränkt, eine Zertifizierung für MIG auf Blech bedeutet nicht, dass sie für TIG auf Rohr zertifiziert ist.
Anfang: Gemeinwohlcollege-Welding-Programme (6 Monate bis 2 Jahre), Fachschul-Programme und Gewerkschafts-Praktika (üblicherweise 3-5 Jahre mit bezahlter praktischer Ausbildung) sind die Hauptzugänge. Praktika kombinieren Klassenschulungen mit echten Welding-Arbeiten unter einem Meister.
Planung Deines Weges
Verbinde Schweißen mit Deiner Zukunft
Du kennst jetzt die wichtigsten Schweißverfahren, die Physik des Bogens, wie Verbindungen entworfen werden und die Sicherheitsdisziplin, die die Branche erfordert.