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Top-Techniken zur Korrektur von Schweißverformungen

Zuletzt aktualisiert:
April 18, 2024
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Inhaltsverzeichnis

Bei der Herstellung von geschweißten Bauteilen kommt es trotz einer Reihe notwendiger Maßnahmen häufig zu einer Restverformung; wenn die Restverformung die technischen Anforderungen übersteigt, müssen daher Maßnahmen zu ihrer Korrektur ergriffen werden.

Zu den gängigen Korrekturmethoden gehören die manuelle Korrektur, die mechanische Korrektur, die Flammenkorrektur, die elektromagnetische Korrektur usw.

1. Manuelle Korrekturmethode

Bei der manuellen Korrekturmethode werden die verformten Teile des Schweißstücks mit Werkzeugen wie Hämmern geschlagen. Diese Methode wird vor allem bei Biegeverformungen von kleinen und einfachen Schweißstücken und bei Wellenverformungen von dünnen Blechen eingesetzt.

2. Mechanische Korrekturmethode

Üblicherweise werden hydraulische Pressen, Wagenheber, spezielle Richtmaschinen und Hämmer verwendet. Die von außen einwirkenden Kräfte bewirken eine plastische Verformung des Bauteils, die der Richtung der Schweißverformung entgegengesetzt ist und sich dadurch gegenseitig aufhebt. Abbildung 9-80 zeigt ein Schema des mechanischen Richtens eines gebogenen I-Trägers nach dem Schweißen mit einer Presse oder einem Hammer. Die Winkelverformung des I-Träger-Flansches kann mit der in Abbildung 9-81 dargestellten Rollenmaschine korrigiert werden.

Abbildung 9-80 Mechanische Korrektur der Verformung nach dem Schweißen des I-Trägers
Abbildung 9-80 Mechanische Korrektur der Verformung nach dem Schweißen des I-Trägers

a) Korrektur der Presse b) Korrektur der Buchse

Die Verformung nach dem Schweißen wird hauptsächlich durch die Schrumpfung der Schweißnaht und des angrenzenden Bereichs verursacht. Wird entlang des Schweißbereichs geschmiedet oder gewalzt, um eine plastische Dehnung zu erreichen, kann die plastische Verformung, die beim Schweißen auftritt, kompensiert und somit die Verformung beseitigt werden. Kleine geschweißte Teile mit geringen Stückzahlen werden im Allgemeinen mit einem Handhammer geschmiedet. Bei dünnen Blechkonstruktionen mit regelmäßigen Schweißnähten können Walzgeräte zum Walzen der Schweißnaht und der angrenzenden Bereiche eingesetzt werden, wodurch gute technische und wirtschaftliche Ergebnisse erzielt werden.

Abbildung 9-81 Korrektur der Winkelverformung eines geschweißten I-Trägers mit einer Rollenmaschine
Abbildung 9-81 Korrektur der Winkelverformung eines geschweißten I-Trägers mit einer Rollenmaschine

Abbildung 9-82 zeigt eine schematische Darstellung der Korrektur der Biegeverformung eines Aluminiumzylinders nach dem Schweißen mit einer Walzmaschine, wobei die Längsnaht gewalzt wird. Durch Ändern der Richtung der Andruckrolle kann auch die Rundnaht gewalzt werden. Das Walzschmieden der Schweißnaht beseitigt nicht nur die Schweißrestverformung, sondern auch die Schweißeigenspannung.

Mechanische Korrekturmethoden sind nur für einfache Strukturen von mittleren und kleinen geschweißten Teilen geeignet.

Abbildung 9-82 Schematische Darstellung des Walzens der Längsnaht eines Aluminiumzylinders
Abbildung 9-82 Schematische Darstellung des Walzens der Längsnaht eines Aluminiumzylinders

3. Flammenkorrekturverfahren

Bei der Flammenkorrekturmethode, die auch als Heizkorrekturmethode bezeichnet wird, wird eine Flamme als Wärmequelle verwendet, um das Metall lokal zu erwärmen, wodurch es eine plastische Druckverformung erfährt. Wenn das Metall abkühlt, zieht es sich zusammen, und die durch diese Kontraktion verursachte Verformung wird genutzt, um die durch das Schweißen verursachte Restverformung auszugleichen.

Bei dieser Methode wird in der Regel ein Gasbrenner verwendet und es ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich. Sie ist einfach und bequem zu bedienen, flexibel und kann für die Korrektur großer und komplexer Strukturen verwendet werden.

(1) Die drei wesentlichen Aspekte der Flammenkorrektur

Es gibt drei Hauptfaktoren, die die Wirkung der Flammenkorrektur bestimmen: die Heizposition, die Heiztemperatur und die Form der beheizten Fläche.

1) Stellung der Heizung

Sie ist der Schlüsselfaktor für Erfolg oder Misserfolg. Eine falsche Erwärmungsposition führt nicht nur zu keiner Korrektur der Verformung, sondern kann die bestehende Verformung sogar verschlimmern. Daher muss die gewählte Heizposition die Verformung in die entgegengesetzte Richtung zur Restverformung durch das Schweißen bewirken, um ihr entgegenzuwirken.

Die Hauptgründe für Biege- oder Winkelverformungen sind, dass die Schweißnähte auf einer Seite der neutralen Achse des Werkstücks konzentriert sind. Um diese Verformungen zu korrigieren, muss die Heizposition auf der gegenüberliegenden Seite der neutralen Achse gewählt werden, wie in Abbildung 9-83 dargestellt. Je weiter die Heizposition von der neutralen Achse entfernt ist, desto besser ist der Korrektureffekt.

Abbildung 9-83 Heizposition für Flammenkorrektur
Abbildung 9-83 Heizposition für Flammenkorrektur

a) Winkelverformung durch Auftragsschweißen b) Rippenrohr-Biegeverformung

2) Heiztemperatur

Die Temperatur des erwärmten Bereichs muss höher sein als die des angrenzenden unbeheizten Bereichs, wodurch sich das erwärmte Metall thermisch ausdehnt und behindert wird, was zu einer plastischen Druckverformung führt. Bei dicken Kohlenstoffstahlblechen oder geschweißten Bauteilen mit hoher Steifigkeit können lokale Erwärmungstemperaturen von über 100 °C zu plastischer Druckverformung führen. In der Produktion wird die Temperatur für die Flammkorrekturerwärmung von Baustahl im Allgemeinen zwischen 600 und 800 °C geregelt.

Eine Temperaturmessung vor Ort ist unpraktisch, im Allgemeinen wird die Farbe des erhitzten Teils mit den Augen beobachtet, um die ungefähre Temperatur zu schätzen. In Tabelle 9-13 sind die Farben der Stahlblechoberfläche während des Erwärmungsprozesses und die entsprechenden Temperaturen aufgeführt.

Tabelle 9-13 Farben der Stahlblechoberfläche und ihre entsprechenden Temperaturen

FarbeTemperatur (°C)
Dunkelbraun-Rot550-580
Braun-Rot580-650
Dunkelkirschrot650-730
Tief kirschrot730-770
Kirschenrot770-800
Helles Kirschrot800-830
Leuchtend kirschrot830-960
Orange-gelb960-1050
Dunkelgelb1050-1150
Leuchtendes Gelb1150-1250
Weiß-Gelb1250-1300

3) Die Form der Heizfläche.

Zu den Formen des Heizbereichs gehören Punkt, Streifen und Dreieck, wie in Abbildung 9-84 gezeigt, wobei die Punktheizung in Abbildung 9-85, die Linienheizung in Abbildung 9-86 und die Dreiecksheizung in Abbildung 9-87 dargestellt ist.

Abbildung 9-84 Flammenkorrektur und Formen der Heizflächen

a) Punkt b) Streifen c) Dreieck

Abbildung 9-85 Punktuelles Heizen
Abbildung 9-86 Leitungsheizung

a) Durchlauferhitzung b) Kettenheizung c) Bandheizung

Abbildung 9-87 Dreiecksheizung

(2) Gängige Flammenkorrekturmethoden

Gängige Methoden zur Korrektur von Schweißverformungen durch Flammen sind in Tabelle 9-14 aufgeführt.

Tabelle 9-14 Methoden zur Korrektur von Schweißverformungen durch Erwärmung

HeizverfahrenMethodenHinweis
Gepunktete Heizung
(Siehe Abbildung 9-85)
Je nach Verformung kann die Wärme an einem oder mehreren Punkten angewendet werden

d=φ15 bis φ30mm
a=50~100mm
1. Generell verwenden Autogen neutrale Flamme

2. Achten Sie auf die Eigenschaften des zu korrigierenden Materials

3. Achten Sie auf die Umgebungstemperatur des Arbeitsplatzes

4. Bei der Korrektur von dünnen Platten einen Holzhammer zum Einschlagen verwenden

5. Planen Sie zunächst die Erwärmungsstellen und -schritte entsprechend der Verformung

6. Bei hochfesten Stählen, die wärmebehandelt wurden, sollte die Erwärmungstemperatur die Anlasstemperatur nicht überschreiten

7. Wenn die Wasserkühlung in Verbindung mit der Flammenkorrektur verwendet wird, sollte der Stahl abgekühlt werden, bis er seinen roten Zustand verliert, bevor Wasser eingefüllt wird.

8. Die Heizstelle ist in der Regel weit von der Schweißnaht entfernt.

9. Wenn der nachfolgende Prozess nach der Korrektur das Schweißen oder Brennschneiden ist, kann die erforderliche Umkehrverformung während des Flammenkorrekturprozesses vorgenommen werden

10. Die Farbe, die der Temperatur während des Erhitzungsvorgangs entspricht, ist in Tabelle 9-13 angegeben
Lineare Heizung
(Siehe Abbildung 9-86)
Die Flamme bewegt sich geradlinig und kann auch seitlich in der Breite ausschlagen, mit einer Heizbreite von 0,5 bis 2 mal der Blechdicke.
Dreieckige Heizung

(siehe Abbildung 9-87)
An der Kante des korrigierten Stahls ein Dreieck mit der Spitze nach innen bilden
Wärme, Wasser und Strom werden in Kombination genutzt.Beim Erwärmen und Korrigieren von dünnen Plattenstrukturen kann gleichzeitig eine Wasserkühlung oder eine externe Kraft eingesetzt werden, um die Korrekturwirkung zu verbessern.

Beispiele für die Flammenkorrektur von Schweißverformungen sind in Abbildung 9-88 dargestellt.

Abbildung 9-88 Beispiel für die Flammenkorrektur der Schweißverformung
Abbildung 9-88 Beispiel für die Flammenkorrektur der Schweißverformung

a) Seitliche Biegung von asymmetrischem Bogenstahl

b) Durchbiegung eines asymmetrischen I-Trägers nach oben

c) Winkelförmige Verformung der Bogenstumpfverbindung

d) Wellenförmige Verformung einer dünnen Platte

(3) Prüfergebnisse nach Flammenkorrektur

Die Ergebnisse von Flammkorrekturversuchen für einige üblicherweise verwendete niedrig legierte Stähle sind in Tabelle 9-15 dargestellt.

Tabelle 9-15 Teilweise Prüfergebnisse von häufig verwendeten niedrig legierten Baustählen nach Flammkorrektur

StahlsorteExperimentelle Schlussfolgerungen und Vorsichtsmaßnahmen
14MnNbFlammkorrekturversuche an geschweißten Ermüdungsträgern zeigen, dass die Flammkorrektur nur geringe Auswirkungen auf die Eigenschaften des Stahls hat
Q345 (16Mn)Mit guter Flammenkorrektur und hydrothermaler Biegeplatte  Leistung. Wenn die Erwärmungstemperatur des hydrothermalen Biegeblechs bei etwa 650 °C liegt, werden die mechanischen Eigenschaften kaum beeinträchtigt, und selbst nach einer Erwärmung auf 850~900 °C verfügt es noch über ausreichende Festigkeit und Plastizität.
Q390(15MnV)Die lokale Erwärmungskorrektur mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme hat keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
Q420Die lokale Erwärmungskorrektur mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme hat keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
14MnVTiXtDie lokale Erwärmungskorrektur mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme hat keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
10MnPNbXtDie lokale Korrektur mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme hat keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
Q390(15MnTi)Korrektur mit Acetylen-Sauerstoff-Flamme kann verwendet werden, und dünne Stahlplatten können auch hydrothermische Biegeplatten verwenden
08MnPXtBei der Korrektur der Verformung durch lokales Flammbacken sollte die Temperatur zwischen 600~700°C liegen. Denn bei 600~700°C beginnen die Körner zu wachsen, und bei 700~800°C erscheinen Widmanstätten-Strukturen
Q345 (09MnCuPTi)Die Körner des dünnen Blechs sind auch bei 900°C noch fein, und Widmanstätten-Strukturen treten bei 900~1000°C auf, so dass die Temperatur für die lokale Einbrennkorrektur 700-800°C betragen sollte, um die Verwendung der hydrothermalen Korrektur zu vermeiden.

Das Wasser-Brand-Biegen von Blechen ist ein Verfahren, das im Schiffbau bekannt ist. Das Verfahren ist genau dasselbe wie das Flammrichten; es beinhaltet die Verwendung einer Flamme zur lokalen Erwärmung des Stahlblechs, um die gewünschte Verformung zu erreichen, mit schneller Abkühlung durch Wasser während des Erwärmungsprozesses.

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