Unterschied zwischen Schweißverbindung und Nietverbindung

Das Fügen ist ein integraler Bestandteil der Fertigung, da es eine einfache, effiziente und wirtschaftliche Produktion kompliziert geformter Teile ermöglicht. Der Hauptzweck des Fügens besteht darin, zwei oder mehr feste Komponenten so zusammenzubauen, dass sie eine Einheit bilden und anschließend die beabsichtigten Funktionen erfüllen können. Zu diesem Zweck haben sich im Laufe der Jahrhunderte eine Reihe von Fügeverfahren entwickelt, die Bauteile auf unterschiedliche Weise verbinden können. Allgemein lassen sich solche Prozesse in temporäre und permanente Fügeprozesse einteilen. Eine temporäre Verbindung ermöglicht die Demontage von verbundenen Teilen, ohne sie zu beschädigen; während eine permanente Verbindung keine einfache Demontage der verbundenen Komponenten erlaubt, ohne sie zu zerbrechen.

Sowohl die Schweißverbindung als auch die Nietverbindung gelten als dauerhafte Verbindungen; Ihre Verbindungstechniken, Verbindungsmerkmale sowie Anwendungsbereiche sind jedoch unterschiedlich. Per Definition Schweißen ist eine Art des dauerhaften Fügeverfahrens, bei dem zwei oder mehr Bauteile durch Koaleszenzbildung mit oder ohne Anwendung von Wärme, Druck und Füllmaterial miteinander verbunden werden können. Hier wird also die beabsichtigte Verbindung durch die Bildung einer Schweißraupe oder Koaleszenz zwischen zwei Komponenten erreicht.

Andererseits nieten ist auch ein dauerhaftes Verbindungsverfahren, bei dem zwei Komponenten mittels langer zylindrischer Nieten verbunden werden können, die durch Löcher eingeführt werden, die vor dem Nieten in die Komponenten gebohrt werden. Während das Schweißen bei größeren Blechdicken eine Kantenvorbereitung erfordert, erfordert das Nieten immer vorgebohrte Löcher am Bauteil, was die Tragfähigkeit der verbundenen Struktur verringert. Die Leistung der Schweißverbindung nimmt jedoch ab, wenn sie Vibrationen ausgesetzt wird; Nietverbindungen zeigen jedoch in derselben Situation eine hervorragende Leistung. Verschiedene Unterschiede zwischen Schweißverbindung und Nietverbindung sind unten in Tabellenform angegeben.

Tabelle:Unterschiede zwischen Schweißverbindung (Schweißen) und Nietverbindung (Nieten)

Voraussetzung für Bohrungen an Bauteilen: Beim Schweißen müssen keine Löcher oder Schlitze an der Mutterkomponente angebracht werden; jedoch ist eine Kantenvorbereitung erwünscht, wenn die Bauteildicke größer ist. Solche vorbereiteten Kanten werden beim Schweißen wieder mit Schweißzusatz ausgefüllt. Das Nieten erfordert das Anbringen von Löchern an der Komponente zum Durchführen von Nieten. Solche Löcher sind tatsächlich schwache Teile und verringern die Gesamtfestigkeit von Komponenten, wie im folgenden Abschnitt erläutert wird.

Gelenkfestigkeit und Tragfähigkeit: Eine einwandfreie Schweißverbindung gilt als 100 % fest; Tatsächlich ist die Festigkeit einer fehlerfreien Verbindung größer als die der Komponente. So hat die geschweißte Baugruppe die gleiche Festigkeit wie die der Hauptkomponenten. Aber genietete Verbindungen haben wegen des Vorhandenseins einer Reihe von Löchern, die zum Durchführen von Nieten in die Komponenten gebohrt sind, eine deutlich geringere Festigkeit. Solche Löcher reduzieren tatsächlich die resultierende Querschnittsfläche des zusammengesetzten Teils. Nieten selbst tragen nicht zur Gesamtfestigkeit der verbundenen Struktur bei. Diese Bereiche sind aufgrund der immensen Belastungskonzentration auch mechanisch schwache Bereiche. Da die Festigkeit proportional zur Tragfähigkeit des massiven Bauteils ist, ist die Tragfähigkeit der geschweißten Konstruktion erheblich höher als die der genieteten Konstruktion.

Änderungen der metallurgischen Eigenschaften: Metallurgische Veränderungen sind vielen Schweißprozessen inhärent, hauptsächlich aufgrund des Erhitzens auf eine erhöhte Temperatur und des anschließenden Abkühlens. Die meisten Schmelzschweißverfahren (wie Lichtbogenschweißen, Gasschweißen, Widerstandsschweißen und Schweißen mit intensiver Energie) und bestimmte Festkörperschweißverfahren (bei denen der Temperaturanstieg beträchtlich hoch ist, wie Reibschweißen) neigen dazu, verschiedene metallurgische Eigenschaften wie Kornstruktur und Kornorientierung zu verändern , Grad der kristallinen Defekte usw. Solche Änderungen können sowohl an der Schweißnaht als auch in der Umgebung der Schweißnaht in der Wärmeeinflusszone (HAZ) beobachtet werden. In den meisten Fällen sind solche Änderungen unerwünscht und nachteilig. Andererseits beeinflusst das Nieten die metallurgischen Eigenschaften des Grundbauteils nicht, da dem Grundmetall keine Wärme zugeführt wird.

Leistung unter Vibration: Schweißverbindungen sind bei ständiger Vibration störanfällig. Aus diesem Grund wird es für verschiedene Verbindungen im Brückenbau nicht bevorzugt. Mit der umfassenden Entwicklung des Schweißbereichs in den letzten Jahrzehnten und dem Aufkommen vieler moderner Schweißtechniken können Schweißverbindungen jetzt ohne große Probleme für solche Anwendungen angewendet werden. Nietverbindungen weisen eine hervorragende Leistung bei Vibrationen auf und werden daher traditionell in Anwendungen wie Brückenbau, Gehäuse von Maschinen usw. verwendet.

Zubehörbedarf und daraus resultierendes Gewicht: Die Nietverbindung erfordert zwingend zusätzliche Laschenplatten, entweder auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Verbindung. Solche Platten erhöhen das Gewicht der Gesamtstruktur. Nieten tragen auch zur Erhöhung des Gewichts bei, da ein einzelner Niet schwerer ist als das Komponentenmaterial, das durch Bohren zum Durchführen von Nieten entfernt wird (aufgrund des Nietkopfes und des vorstehenden Schaftendes). Beim Schweißen hingegen werden keine zusätzlichen Platten verwendet, und daher sind geschweißte Baugruppen leichter. Bei homogenen und heterogenen Schweißverfahren wird Zusatzmaterial verwendet; es füllt jedoch nur die zwischen zwei Komponenten vorhandene Wurzellücke und trägt somit nicht zur Erhöhung des Strukturgewichts bei.

Zunahme der Dimension, des Fugenbildes und der Gleitbewegung: Aufgrund der Laschenplatten, Nietköpfe und des gehämmerten Endes im hervorstehenden Teil des Schafts nehmen die Gesamtabmessungen der genieteten Baugruppen erheblich zu. Solche vorstehenden Teile behindern auch das Erscheinungsbild und schränken auch die Gleitbewegung auf der Oberfläche ein. Dies schränkt manchmal seine Anwendung ein. Im Gegensatz dazu bieten fehlerfreie Schweißbaugruppen eine scheinbar gute Verbindung ohne Änderungen der Bauteilabmessungen. Verstärktes Metall, falls auf der Verbindung aufgrund des Auftragens von überschüssigem Füllmetall vorhanden, kann nach dem Prozess leicht durch Schleifen entfernt werden. Dies verbessert neben der Optik auch die Gleiteigenschaften der Oberfläche.

Zeitaufwand für Gestaltung und Bearbeitung: Die Konstruktion für die Schweißmontage ist einfacher sowie zeit- und kosteneffizient. Der Schweißprozess ist auch schneller und somit produktiver. Das Nieten erfordert viele Berechnungen, um die optimale Anzahl der erforderlichen Nieten, ihre Größe und Position usw. herauszufinden. Daher ist das Entwerfen komplizierter und zeitaufwändiger. Darüber hinaus erfordern das Bohren einer Anzahl von Löchern in die Komponente an genauen Stellen und das Hämmern des vorstehenden Endes von Nieten eine beträchtliche Zeit, insbesondere wenn es direkt von einem menschlichen Bediener durchgeführt wird. Daher ist das Nieten auch zeitaufwändiger als das Schweißen.

Möglichkeit, verschiedene Materialien auf unterschiedliche Weise zu verbinden: Schweißen kann vorteilhaft zum Verbinden einer breiten Vielfalt von Materialien einschließlich Metallen, Keramiken, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen angewendet werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, existiert eine Vielzahl von Schweißverfahren. Darüber hinaus sind Verbindungen in verschiedenen Ausrichtungen wie Überlappungsverbindung, Stumpfverbindung, T-Verbindung, zylindrische Verbindung usw. durch Schweißen möglich. Das Nieten wird für die Montage metallischer Materialien im Stumpfverbindungsmodus bevorzugt, da das Überlappungsfügen zusätzliche Platten erfordert, die möglicherweise nicht in allen Fällen machbar sind.

Einsatzgebiete: Mit der umfassenden Entwicklung des Schweißens in den letzten Jahrzehnten existiert heute eine große Anzahl von Schweißverfahren, die für eine Vielzahl von Fertigungszwecken verwendet werden können. Seine Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, gemeinsames Verbinden von Haushalten, Automobilindustrie, Elektro- und Elektronikindustrie, Bauwesen, Verbindungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt usw. Es kann gewinnbringend zum Verbinden verschiedener Formen wie Bleche, Platten, Stäbe, Rohre usw. verwendet werden. Im Vergleich dazu hat das Nieten einen engeren Anwendungsbereich. Typische Bereiche, in denen Nieten häufig verwendet werden, sind Brückenbau, Druckbehälter, Kessel, Schiffsgeraufel, Haushaltsrahmen usw. Heutzutage wird das Nieten jedoch meistens durch Schweißen ersetzt, da letzteres solide, stark, zuverlässig und dicht ist -feste Verbindung.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen Schweißverbindung und Nietverbindung vorgestellt. Der Autor empfiehlt Ihnen außerdem, die folgenden Referenzen durchzugehen, um das Thema besser zu verstehen.

• Handbuch Schweißverfahren von Klas Weman (1 ^st Auflage, CRC Press).
• Springer Handbook of Mechanical Engineering, Band 10, herausgegeben von K. H. Grote und E. K. Antonsson (Springer Science &Business Media).
• Eine Einführung in metallurgische Labortechniken von P. G. Ormandy (1 ^st Ausgabe, Pergamon Press).
• Welding and Joining of Aerospace Materials, herausgegeben von M. C. Chaturvedi (1 ^st Auflage, Woodhead Publishing).