Unterschied zwischen Schmelzschweißen und Festkörperschweißen

Die Notwendigkeit, zwei oder mehr Komponenten zu verbinden, ist der Fertigung inhärent. Es gibt verschiedene Fügetechniken, um unterschiedlichste Materialien auf vielfältige Art und Weise zusammenzufügen. Einige dieser Prozesse liefern permanente Verbindungen, während andere temporäre Verbindungen liefern. Schweißen gehört wie Nieten, Koppeln und Kleben zu den dauerhaften Fügeverfahren. Schweißen gehört definitionsgemäß zu den Fügeverfahren, bei denen zwei oder mehr massive Bauteile durch Koaleszenzbildung mit oder ohne Anwendung von äußerem Druck, Wärme und Zusatzwerkstoff dauerhaft verbunden werden können. Sowohl Wärme als auch Druck sind also zum Verbinden durch Schweißen nicht zwingend erforderlich; tatsächlich werden sie alternativ angewendet. Daher wird bei einigen Schweißprozessen externe Wärme zugeführt; während bei anderen Prozessen äußerer Druck ausgeübt wird. Aus diesem Grund können Schweißverfahren grob in zwei Gruppen eingeteilt werden – Schmelzschweißen und Festkörperschweißen.

Als Schmelzschweißverfahren werden all jene Schweißverfahren bezeichnet, bei denen ausreichend Wärme von einer externen Quelle zum Verschmelzen oder Schmelzen von Stoßflächen der Basiskomponenten zugeführt wird, um eine Schweißraupe zu bilden . Üblicherweise ist bei solchen Verfahren kein Druck erwünscht. Unter Schmelzschweißen fallen alle Lichtbogenschweiß-, Gasschweiß- und Widerstandsschweißverfahren. Erwähnenswert ist auch, dass das Schmelzen der Stoßflächen der Grundplatte durch direkte Wärmeeinwirkung erfolgt und nicht durch Druck, Reibung usw.

Zum anderen bei Festkörperschweißprozessen , wird keine Wärme direkt zugeführt; stattdessen wird in den meisten Fällen ausreichend Druck ausgeübt. Als Folge des Drucks kann in der Kontaktzone Wärme entstehen; normalerweise bleibt diese Temperatur jedoch weit unter dem Schmelzpunkt basischer Komponenten. Diffusionsschweißen, Schmiedeschweißen, Explosionsschweißen, Druckschweißen, Reibschweißen usw. sind Beispiele dieser Kategorie. Wichtige Unterschiede zwischen Schmelzschweißen und Festkörperschweißen sind nachfolgend tabellarisch aufgeführt.

Tabelle:Unterschiede zwischen Schmelzschweißen und Festkörperschweißen

Schmelzen von Stoßflächen: Wie der Name schon sagt, dürfen beim Schmelzschweißen Stoßflächen der Hauptkomponente schmelzen, um eine Schweißraupe oder Koaleszenz zu erzeugen. Füllmetall, falls aufgebracht, schmilzt ebenfalls und vermischt sich mit dem geschmolzenen Grundmetall. Im Gegensatz dazu findet beim Festkörperschweißen kein Aufschmelzen oder Aufschmelzen statt und somit erfolgt das Fügen im festen Zustand der Bauteile. Obwohl durch gleichzeitiges Aufbringen von Druck und Reibung die Temperatur der Hauptkomponenten ansteigen kann; es bleibt jedoch immer unter dem Schmelzpunkt des unedlen Metalls und somit tritt kein Schmelzen auf. Tatsächlich ist dies der Hauptunterschied zwischen zwei Arten des Schweißens.

Anwendung von Wärme und Druck: Es ist offensichtlich, dass beim Schmelzschweißen Wärme von einer externen Quelle zugeführt werden muss. Diese Wärmequelle kann unterschiedlicher Art sein, wie Lichtbogen beim Lichtbogenschweißen, Brennen von Oxy-Brenngas beim Gasschweißen, elektrische Widerstandsheizung beim Widerstandsschweißen und sogar ein intensiver Energiestrahl wie Plasma, Laser oder Elektronenstrahl bei PAW, LBW oder EBW. Andererseits erfordern Festkörperschweißverfahren in der Regel die Anwendung von Druck. Es ist keine direkte Anwendung von Wärme erwünscht; jedoch kann infolge von Druck, Reibung usw. Wärme entstehen.

Auftrag von Füllmaterial: Füllmaterial ist erwünscht, um die Wurzellücke zu füllen, die zwischen den Ausgangskomponenten vorhanden ist. Basierend auf der Anwendung des Zusatzwerkstoffs und seiner Zusammensetzung kann das Schweißen in drei Kategorien eingeteilt werden – autogen, homogen und heterogen. Wenn der Wurzelspalt sehr klein ist, ist kein Füllstoff erforderlich, und ein solcher Prozess wird als autogen bezeichnet. Festkörperschweißen wird in der Regel im Autogenmodus durchgeführt. Wenn andererseits Füllmaterial aufgetragen wird und die metallurgische Zusammensetzung des Füllmaterials der des Grundmetalls ähnlich ist, wird dies als homogenes Schweißen bezeichnet; Wenn sich die metallurgische Zusammensetzung des Füllstoffs von der des Grundmetalls unterscheidet, spricht man von heterogenem Schweißen. Das Schmelzschweißen kann vorteilhafterweise in allen drei Modi durchgeführt werden; jedoch müssen zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen und optimale Parameter für das Verbinden im heterogenen Modus verwendet werden.

Gegenwart von HAZ: Die Wärmeeinflusszone (HAZ) ist die schmale Schicht in den geschweißten Komponenten, die die Schweißnaht umgibt, wo das Material nicht geschmolzen wurde, aber verschiedene physikalische und mechanische Eigenschaften durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen beeinträchtigt wurden. Diese HAZ wird als schwacher Bereich betrachtet, da sie sehr anfällig für mechanisches und chemisches Versagen ist. Aufgrund der extremen Erwärmung auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des betreffenden Materials besteht eine breitere WEZ um die Schweißnaht herum, wenn Komponenten durch Schmelzschweißverfahren verbunden werden; wohingegen eine schmale (manchmal vernachlässigbare) WEZ beobachtet werden kann, wenn Komponenten durch Festkörperschweißverfahren verbunden werden, da während des Schweißens weniger Wärme erzeugt wird.

Änderungen der mechanischen und metallurgischen Eigenschaften: Während des Schweißens werden normalerweise verschiedene metallurgische Eigenschaften wie Kornorientierung, Kornstruktur, atomare Defekte usw. beeinflusst. Auch viele mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit etc. werden durch metallurgische Veränderungen beeinflusst. Üblicherweise sind solche Änderungen mit dem Grad der Erwärmung und dem anschließenden Abkühlen der Komponenten verbunden. Bei Schmelzschweißprozessen wird hohe Hitze angewendet und Materialien werden geschmolzen, sodass solche Prozesse verschiedene Eigenschaften auf ein extremes Niveau verändern können. Im Gegensatz dazu sind solche Änderungen beim Fügen mit Festkörperschweißverfahren gering und meist im akzeptablen Bereich.

Fähigkeit zum Verbinden unterschiedlicher Metalle: Einer der größten Vorteile des Schweißens unter allen Fügeverfahren ist das dichte und einwandfreie Verbinden unterschiedlicher Materialien. Allerdings ist nicht jedes Schweißverfahren dafür geeignet. Da es sich beim Mischmetallfügen im Grunde um heterogenes Schweißen handelt, können nur wenige Schmelzschweißverfahren diese Anforderung erfüllen. Es erfordert jedoch äußerste Sorgfalt und optimale Prozessparameter, um eine einwandfreie Verbindung zu erhalten. Das Festkörperschweißen ist überhaupt nicht zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen geeignet.

Verzugsgrad in Schweißkonstruktionen: Aufgrund ungleichmäßiger Ausdehnung und Kontraktion während des Erhitzens und Abkühlens beim Schweißen verziehen sich die zusammengesetzten Strukturen in eine andere Ebene, was zu Schweißfehlern führt. Eine solche Verzerrung in verbundenen Strukturen verursacht Dimensionsungenauigkeiten und zurückgewiesene Teile. Die Verzugsneigung in Schweißkonstruktionen steigt mit zunehmender Wärmeeinbringung. Wenn also keine geeignete Vorrichtung verwendet wird oder keine geeignete Technik zur Minimierung von Verzerrungen (wie Sprungschweißen, Voreinstellen der Teile in entgegengesetzter Richtung usw.) angewendet wird, weisen schmelzgeschweißte Teile eine höhere Verformung auf als die anderen, da die Wärmezufuhr höher ist früherer Fall.

Beispiele der Prozesse: Alle Lichtbogenschweißverfahren (MMAW, GMAW, WIG, SAW, FCAW, ESW etc.), Gasschweißverfahren (OAW, OHW, AAW, PGW etc.), Widerstandsschweißverfahren (RSW, RSEW, PW, PEW, FW , etc.) und Intensivstrahlschweißverfahren (PAW, LBM und EBW) sind Beispiele für das Schmelzschweißen. Diffusionsschweißen (DFW), Pressschweißen (PW), Rollschweißen (ROW), Kaltschweißen (CW), Reibschweißen (FRW), Schmiedeschweißen (FOW) usw. sind Beispiele für Festkörperschweißen.

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

1. Unterschied zwischen Schmelzschweißen und Festkörperschweißen von difference.minaprem.com.
2. Schweißfehler von M. Preto (1 ^st Auflage, Aracne).
3. Physikalische Chemie des Schmelzschweißens von G. F. Deyev und D. G. Deyev (1 ^st Auflage, DGD Press).