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Schweissen von Werkzeugstählen
Werkzeugstähle können unterteilt werden in Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle,
und Schnellarbeitsstähle.
Kaltarbeitsstähle:
Sie können legiert oder unlegiert vorliegen. Im Einsatz sollte die
Oberflächentemperatur dieser Stähle unter 200°C liegen.
Warmarbeitsstähle:
Im Allgemeinen handelt es sich um legierte Stähle, die für Oberflächentemperaturen
von über 200°C zum Einsatz kommen.
Schnellarbeitsstähle:
Schnellarbeitsstähle besitzen eine hohe Warmhärte und Anlassbeständigkeit.
Ihre Einsatztemperatur liegt bei ungefähr 600°C.
Werkzeugstähle sind härtbare Eisenwerkstoffe. Die Härtungsmechanismen beruhen
vorwiegend auf der Umwandlungshärtung d.h. Martensitbildung und zum Teil auf der
Ausscheidungshärtung durch Karbid- und Nitridbildung.
Uebliche Werkzeugstähle werden auch aufgrund ihrer Härtbarkeit durch Martensitbildung
klassiert. In diesem Fall unterscheidet man zwischen Luft-, Oel- und Wasserhärter.
Lufthärtende Werkzeugstähle bilden bei Luftabkühlung nach der Austenitisierung
ein Härtegefüge; das heisst, dass schon bei geringer Abkühlgeschwindigkeit ein martensitisches
Gefüge entstehen kann.
Oelhärtende Werkzeugstähle werden in Oel abgeschreckt, damit eine optimale Härte des
Gefüges erreicht werden kann.
Wasserhärtende Werkzeugstähle müssen nach dem Austenitisieren schroff abgeschreckt werden,
damit eine optimale Härte des Gefüges erreicht werden kann.
Die zum Erreichen einer bestimmten Härte notwendige Abkühlgeschwindigkeit kann
den Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern (ZTU) entnommen werden.
Schweissbarkeit: beschränkt.
Zum Festlegen der Schweisseignung ist zuerst festzustellen, ob sich das
Werkstück in weichgeglühtem oder vergütetem Zustand befindet.
Werkzeuge, die durch Abschrecken gehärtet und danach keiner thermischen Nachbehandlung
unterzogen worden sind, dürfen keinenfalls geschweisst werden!
Achtung: Das Schweissen von Werkzeugstählen ist schwierig. Eine professionelle
Ueberwachung ist absolut notwendig !
Vorbereitung:
1. Werkstofferkennung: Als erstes wird festgestellt, um was für einen
Werkstoff es sich handelt und in welchen Zustand er vorliegt
2. Risserkennung: Als zweites ist es wichtig, sich zu vergewissern, dass keine
Risse im Werkzeug vorhanden sind. Für den entsprechenden Test wird häufig das
zerstörungsfreie Farbeindringverfahren (Dye penetrant test) angewendet.
3. Reinigen: Danach wird das Werkstück und im Speziellen der Schweissbereich
peinlich genau gereinigt. Es dürfen keine Kühlmittel-, Oel- oder Fettrückstände vorhanden
sein
Vorwärmen:
Das Werkstück wird langsam im Ofen auf die Vorwärmtemperatur gebracht. Es ist
darauf zu achten, dass das gesamte Werkzeug (bis zum Kern) auf die vorgesehene
Vorwärmtemperatur gebracht wird.
Halten der Zwischenlagentemperatur:
Die minimale Vorwärmtemperatur entspricht der minimalen Zwischenlagentemperatur.
Sie darf während dem gesamten Schweissvorgang nicht unterschritten werden.
Sie liegt über der Martensitbildungstemperatur (Martensitlinie nach ZTU-Schaubild).
Nach dem Herausnehmen des Werkstücks aus dem Ofen ist es durch geeignete Massnahmen
gegen Abkühlung zu schützen. (Achtung: Dünnwandige Werkstücke können sehr schnell
an Wärme verlieren: sie müssen deshalb besonders gut überwacht werden !).
Streckenenergie:
Im allgemeinen wird mit minimaler Streckenenergie geschweisst.
Reduzieren von Schweissspannungen:
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten die Schweissspannungen klein zu halten,
zum Beispiel durch Schweissen mit minimaler Streckenenergie, durch konsequentes Anwenden
der Strichraupentechnik, durch Vermeiden überhöhter Schweissnähte, durch die
Schweissnahtfolge oder durch Halten der Vorwärmtemperatur nach dem Schweissen über
mehrere Stunden, etc.).
Halten und Abkühlen:
In Abhängigkeit der Werkstückgeometrie und -grösse, des Grundwerkstoffs und der Zusammensetzung
der Zusatzwerkstoffe langsam im Ofen, in heissem Sand, Vermiculit/Zanulit oder ruhiger Luft
abkühlen lassen.
Uebergang zur thermischen Nachbehandlung:
Nach Erreichen der Ausgleichstemperatur (80 bis 100°C) wird üblicherweise die thermische
Nachbehandlung eingeleitet.
Thermische Nachbehandlung:
In Abhängigkeit der Werkstückgeometrie und -grösse, des Grundwerkstoffs und der Zusammensetzung
der Zusatzwerkstoffe und den gewünschten mechanischen Gütewerten.
Sicherheit: Lichtbogenschweissen
siehe Kapitel Sicherheit
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