Bei der Vorbereitung von Werkstücken zum Schweißen spielt das Anfasen eine zentrale Rolle. Dabei handelt es sich um eine gezielte Vorbereitung der Kanten, die eine optimale Benetzung durch die Schmelze und damit die bestmögliche Haltbarkeit der Verbindung sicherstellt. Je nach Material und Materialstärke kommen dabei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Hier lernen Sie die wichtigsten davon kennen.
Darum fast man Werkstücke an
Fasen sind erforderlich, um Kanten von Blechen, Rohren und Trägern optimal schweißen zu können. Das gilt vor allem bei dickeren Materialien und beim Schweißen mit Zusatzdraht. Erst durch die Schaffung einer geeigneten Kantengeometrie ist es möglich, durchgängige Schweißverbindungen über die gesamte Dicke des Werkstücks zu erzeugen und die erforderliche Festigkeit zu erreichen. Dabei gilt der Grundsatz, dass eine Naht umso belastbarer ist, je größer Einschweißtiefe und Nahtbreite sind.
Würde man beispielsweise bei einem Stumpfstoß lediglich die nicht angefasten Stirnseiten flächig aufeinanderdrücken und schweißen, würde im Zentrum der Stirnseiten keine Verbindung entstehen, da die Leistung eines Schweißbrenners nicht ausreicht, um so tief in das Material einzudringen. Fast man die Werkstücke hingegen z. B. in V-Form an, geht man sicher, dass die Schweißlagen den Zwischenraum voll ausfüllen und ein optimaler Stoffschluss entsteht.
Die wichtigsten Arten von Fasen
Je nach Werkstoff, Schweißverfahren, Ausgangsmaterial und Materialdicke fast man die Werkstücke unterschiedlich an. Die verbreitetsten Arten sind die I-, Y-, X- und U-Form. So setzt man etwa bei dünnen Blechen bis 5 mm Materialstärke I-Nähte, bei Stärken bis 15 mm V-Nähte und bei mehr als 15 mm X-Nähte ein.
Normen bieten Richtlinien für die Fugenformen in Abhängigkeit vom Schweißverfahren in Hinblick auf die Werkstückdicke, den Öffnungswinkel, den Stegabstand sowie die Steg- und Flankenhöhe. Hier sind vor allem die Normen in der DIN EN ISO 9692 T 1 bis T 4 und in DIN 8552 T3 zu nennen.
Möglichkeiten zum Anfasen:
Beim Anfasen können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Hier kommt es vor allem auf die Art des zu schweißenden Materials und die geometrischen Anforderungen an die Fuge an. Die wichtigsten Arten stellen wir Ihnen im Folgenden vor.
Fräsen:
Das Fräsen wird immer dann genutzt, wenn eine hohe Fasenqualität und Präzision erforderlich sind. Zu den Vorteilen des Verfahrens zählen die Entstehung sauberer Fasen ohne Grate, die ausbleibende Entstehung von Schleifstaub und die Verhinderung eines Wärmeeintrags. Nachteilig ist der vergleichsweise hohe Verschleiß bei legierten Stählen und die begrenzte Fasenbreite.
Schleifen:
Schleifverfahren werden immer dann eingesetzt, wenn sehr hartes Material bearbeitet werden muss und sehr große Fasen einzubringen sind. Nahezu alle Stahlsorten können damit bearbeitet werden. Zudem sind alle Fasenwinkel und -größen realisierbar und die Fasen weisen eine sehr hohe Qualität auf. Ein Nachteil des Schleifens besteht in der Entstehung von Schleifstaub. Auch ist die Bearbeitung anwendungsabhängig relativ lang.
Scheren:
Mit einer Scherbelastung können nur gerade oder Bleche mit großen Radien bearbeitet werden. Je nach Qualität des Stahls ist diese Art der Schweißnahtvorbereitung auf Fasenbreiten von bis zu 25 mm begrenzt. Zu den Vorteilen gehören die langen Standzeiten der Schneidränder, der ausbleibende Wärmeeintrag und die selbstständige Bewegung der Schermaschinen am Blech vorbei.
Autogen-Brennschneiden:
Beim Brennschneiden erwärmt man den Werkstoff durch die Heizflamme auf Zündtemperatur und verbrennt ihn anschließend im Sauerstoffstrahl.
Der Sauerstoff reagiert nur dann mit dem erhitzten Werkstoff, wenn die Zündtemperatur des Werkstoffs unterhalb der Schmelztemperatur liegt. Die Zündtemperatur wird im Wesentlichen durch die Legierungsbestandteile des Werkstoffs bestimmt. Gut brennschneiden lassen sich nur Baustähle mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,3 %. Grundsätzlich eignet sich das Verfahren für mittlere und größere Materialstärken. Bei Materialstärken von unter 5 mm entstehen durch Materialverzug häufig schlechte Schnitte.
Vorteile bestehen in den geringen Investitions- und Verschleißteilkosten und der Möglichkeit, bis zu 3 Brenner gleichzeitig an einem Aggregat zu verwenden. Nachteile sind der hohe Wärmeeintrag, die große wärmebeeinflusste Zone und die Notwendigkeit von Richtarbeiten.
Plasmaschneiden:
Ein Plasmaschneider erzeugt einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode aus Wolfram und dem Werkstück. Dieses wird an der entsprechenden Stelle sehr heiß und schmilzt. Das dabei entstehende Schmelzbad wird mithilfe eines Gasstrahls weggeblasen, wodurch sich eine Schnittfuge bildet. Häufig werden Anlagen mit 300 Ampere genutzt, die Stahl mit Dicken von bis zu 70 mm durchstechen können.
Gegenüber dem autogenen Brennschneiden bietet das Plasmaschneiden den Vorteil einer vier Mal so hohen Schnittgeschwindigkeit. Typischerweise werden mit dem Plasmaschneidverfahren Baustahl, legierter Stahl und Aluminium mit Blechdicken von ca. 40 mm getrennt.
Laserschneiden:
Wie das Plasmaschneiden setzt sich das Laserschneiden aus zwei Teilvorgängen zusammen. Zunächst erwärmt ein Laserstrahl das Werkstück. Im Anschluss befördert ein Gasstrahl die Schmelze aus der Schnittfuge. Man unterscheidet drei Formen des Laserschneidens:
- Beim Laserstrahlschmelzschneiden wird ein geschmolzener Werkstoff mithilfe von Inertgas weggeblasen.
- Beim Laserstrahlbrennschneiden wird der erhitzte Werkstoff mithilfe von Sauerstoff verbrannt.
- Beim Laserstrahlsublimierungsschneiden wird der Werkstoff mit Inertgas weggeblasen.
Das Laserschneiden setzt man üblicherweise bei Baustahl mit Dicken von 20 mm, bei legiertem Stahl von ca. 15 mm und bei Aluminium von ca. 10 mm ein.
Wasserstrahl/Abrasiv-Wasserstrahl (AWS):
Beim Wasserstrahlschneiden trennt man das zu bearbeitende Material durch einen Hochdruckwasserstahl. mit einem Druck von bis zu 6.000 bar. Dabei werden Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu 1.000 m/s erreicht. Das entspricht der dreifachen Schallgeschwindigkeit. Um die Schneidleistung zu erhöhen, wird dem Strahl ein Schneidmittel (Korund) zugesetzt. Wesentliche Vorteile des Verfahrens bestehen in der hohen Schneidleistung bei nur sehr geringer Erwärmung.
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