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Mangelnde Verschmelzung beim Schweißen: Ursachen, Erkennung und Prävention
Erfahren Sie, wodurch mangelnde Verschmelzung beim Schweißen verursacht wird, wie man sie erkennt, wie sie sich von mangelndem Einbrand unterscheidet und wie man sie praktisch verhindern und beheben kann.
Inhaltsverzeichnis
Mangelnde Verschmelzung beim Schweißen ist mehr als nur ein optisches Problem. Eine nicht verschmolzene Grenzfläche kann unter einer glatten Schweißnaht verborgen bleiben und eine Schwachstelle im Inneren der Verbindung bilden, insbesondere bei belasteten oder ermüdungsempfindlichen Bauteilen.
Um zu verstehen, wo Schweißfehler entstehen, warum sie auftreten und wie man sie überprüft, ist es daher wichtig, vor der Entscheidung, ob eine Schweißnaht akzeptabel ist oder nachgebessert werden muss, zu wissen, wo sie entstehen. Bei Verfahren wie dem Handlaserschweißen empfiehlt Dynalasers außerdem, die Schweißnahtqualität als Prozesskontrollproblem zu behandeln und nicht die Naht allein nach ihrem Aussehen zu beurteilen.
Was versteht man unter mangelnder Verschmelzung beim Schweißen?
Mangelnde Verschmelzung tritt auf, wenn das Schweißgut nicht ordnungsgemäß mit dem Grundwerkstoff oder einer vorherigen Schweißlage verschmilzt. Die Begriffe unvollständige Verschmelzung beim Schweißen und unvollständige Verschmelzung werden ebenfalls häufig für diesen Zustand verwendet.
Wichtig ist, dass noch Schweißgutreste vorhanden sein können. Eine Schweißnaht kann gefüllt aussehen, obwohl darunter noch eine nicht verschmolzene Grenzfläche vorhanden ist. Dies ist ein Grund, warum eine optisch saubere Schweißnaht nicht automatisch als einwandfreie Schweißnaht gilt.
Hauptarten von Fusionsproblemen
Die Lage der nicht verschmolzenen Stelle hilft dabei, zu erklären, was beim Schweißen schiefgelaufen ist.
Typ | Wo es vorkommt | Gemeinsame Sorge |
mangelnde Verklebung der Seitenwände | Zwischen Schweißgut und der Nutfläche | Lichtbogen oder Hitze erreichen die Seitenwand nicht ausreichend. |
Zwischen den Läufen fehlende Fusion | Zwischen benachbarten Schweißlagen | Der vorherige Schmelzvorgang wurde nicht ordnungsgemäß durchgeführt. |
Wurzelfusionsmangel | Um eine oder mehrere Wurzelflächen herum | Wurzelgeometrie oder Wärmezufuhr verhindern das Verschmelzen |
Mangelnde Seitenwandverschmelzung beim Schweißen tritt häufig auf, wenn der Brenner oder die Elektrode auf die Mitte des Schmelzbades gerichtet ist, die Nahtfläche aber nicht ausreichend erhitzt.
Mangelnde Wurzelverschmelzung beim Schweißen erfordert eine sorgfältigere Interpretation, da sie mitunter mit unvollständigem Durchschweißen verwechselt werden kann. Die genaue Terminologie für Wurzelfehler kann zudem von der jeweils geltenden Schweißnorm abhängen.
Was verursacht mangelnde Verschmelzung beim Schweißen?
Fragt man sich nach den Ursachen für mangelnde Verschmelzung beim Schweißen , ist eine zu geringe Stromstärke nur ein Teil der Antwort. Entscheidend ist, ob genügend nutzbare Energie die Oberfläche erreicht, die im richtigen Moment schmelzen muss.
Häufige Ursachen für mangelnde Verschmelzung beim Schweißen sind:
- Unzureichende Stromstärke, Spannung, Leistung oder Gesamtwärmezufuhr
- Die Reisegeschwindigkeit ist für die gewählten Parameter zu hoch.
- Falscher Winkel zwischen Brenner, Pistole oder Elektrode
- Enge Nutzufahrt oder mangelhafte Fugenvorbereitung
- Rost, Oxide, Zunder, Öl oder andere Oberflächenverunreinigungen
- Unzureichende Nahtplatzierung beim Mehrlagenschweißen
- Magnetischer Lichtbogenschlag, der den Lichtbogen von der vorgesehenen Fusionsfläche ablenkt
Beispielsweise kann eine einfache Erhöhung des Stroms ein Problem an der Seitenwand nicht lösen, wenn der Brennerwinkel weiterhin den größten Teil der Energie in die Mitte des Schmelzbades lenkt.
Die Geometrie der Naht ist ebenfalls wichtig. Eine zu schmale Fuge kann es dem Lichtbogen oder Schweißstrahl erschweren, die Seitenwand oder die Wurzel zu erreichen, selbst wenn die nominellen Schweißparameter angemessen erscheinen.
Wie man mangelnde Verschmelzung in einer Schweißnaht erkennt
Die Vorgehensweise zur Überprüfung von Verschmelzungsfehlern beim Schweißen hängt stark von der Lage des Fehlers ab. Oberflächenfehler lassen sich mitunter visuell erkennen, während innere Verschmelzungsfehler in der Regel eine zusätzliche Prüfung erfordern.
Ein guter Inspektionsplan sollte den Schweißprozess, die Geometrie der Schweißnaht, die wahrscheinliche Ausrichtung des Fehlers, die Dicke und die Akzeptanzkriterien berücksichtigen, anstatt sich auf eine einzige Inspektionsmethode für jede Schweißnaht zu verlassen.
Sichtprüfung und Schweißnahtposition
Bei einer Sichtprüfung können Anzeichen für mangelhafte Verschmelzung festgestellt werden, wie z. B. ein unregelmäßiger Schweißnahtübergang, eine unsachgemäße Platzierung der Schweißraupe, eine schlechte Passung oder offensichtliche Defekte an einer zugänglichen Wurzel.
Eine unvollständige Verschmelzung der Kehlnaht kann im Wurzelbereich oder entlang einer der Schweißflächen auftreten. Ein glattes Kehlnahtprofil beweist jedoch nicht, dass diese inneren Grenzflächen vollständig verschmolzen sind.
Bei Produktionsarbeiten sollte die Inspektion daher mit einer Sichtprüfung beginnen, aber nicht unbedingt damit enden.
Ultraschall-, Röntgen- und Röntgenprüfung
Ultraschallprüfung und Röntgenprüfung können zur Beurteilung von internen Schweißnahtfehlern eingesetzt werden, die Erkennung hängt jedoch von der Geometrie und der Orientierung der Anzeige ab.
Die Suche nach fehlender Fusion in der Strahlentherapie oder Röntgenuntersuchung suggeriert oft, dass die Radiographie eine einfache Ja/Nein-Antwort liefern kann. In der Praxis sind planare Defekte jedoch nicht aus jeder Bestrahlungsrichtung gleich gut sichtbar. Eine nicht fusionierte Grenzfläche, die ungünstig zum Strahl ausgerichtet ist, kann nur einen schwachen Hinweis liefern.
Ultraschallprüfung (UT) eignet sich zur Erkennung und Lokalisierung von planaren Fehlstellen, während Radiografie wertvolle Informationen über den Zustand der Schweißnaht liefert. Das gewählte Verfahren sollte den Anforderungen der Verbindung und der Prüfung entsprechen.
Bleibt die Klassifizierung unklar, können zusätzliche Untersuchungen, unterschiedliche Sonden- oder Strahlwinkel oder zerstörende Makrountersuchungen erforderlich sein. Die endgültige Abnahme sollte sich nach dem geltenden Fertigungscode und nicht allein nach dem Bildbild richten.
Mangelnde Verschmelzung vs. Mangelnde Durchdringung
Mangelnde Durchdringung und mangelnde Verschmelzung beim Schweißen werden oft verwechselt, da beides in der Nähe der Schweißwurzel auftreten kann. Sie beschreiben jedoch unterschiedliche Probleme.
Typ | Fehlende Fusion | Mangelnde Durchdringung |
Hauptproblem | Oberflächen, die sich verbinden sollten, bleiben unverschmolzen. | Die Schweißnaht reicht nicht ausreichend in die Fuge oder Wurzel hinein. |
Typische Standorte | Seitenwand, Wurzel oder zwischen den Überholvorgängen | Vor allem die Wurzelregion |
Schweißgut kann vorhanden sein | Ja | Ja |
Hauptfrage | Sind die erforderlichen Oberflächen tatsächlich miteinander verschmolzen? | Wurde die erforderliche Schweißtiefe erreicht? |
Eine Schweißnaht kann daher eine angemessene Schweißnahtdurchdringung aufweisen , obwohl sie noch eine nicht verschmolzene Seitenwand oder Grenzfläche enthält.
Die Unterscheidung ist insbesondere im Wurzelbereich wichtig. Je nach Nahtgeometrie und verwendetem Schweißverfahren wird eine fehlerhafte Wurzelkante möglicherweise nicht immer gleich klassifiziert. Prüfer sollten die in der geltenden Norm definierten Begriffe und Abnahmekriterien verwenden und sich nicht auf informelle Fachbegriffe verlassen.
Mangelnde Verschmelzung ist etwas anderes als Hinterschneidung. Eine Hinterschneidung ist eine in das Grundmaterial nahe der Schweißnahtkante eingeschmolzene Rille, die nicht vollständig aufgefüllt ist, während Verschmelzungsfehler Oberflächen betreffen, die sich nie richtig verbunden haben.
Wie man mangelnde Verschmelzung beim Schweißen verhindert
Um mangelnde Verschmelzung beim Schweißen zu vermeiden, kommt es vor allem auf die richtige Kombination aus Energiezufuhr, Zugang, Sauberkeit und Brennerposition an. Die Änderung nur einer Maschineneinstellung behebt nicht immer die eigentliche Ursache.
Fugen und Oberflächen vorbereiten
Der Lichtbogen, die Elektrode oder der Laserstrahl benötigt physischen Zugang zu den zu verschmelzenden Oberflächen. Nahtwinkel, Wurzelgeometrie, Passung und vorherige Schweißlagen sollten daher im Hinblick auf eine optimale Verschmelzung vorbereitet werden.
Rost, Walzzunder, Oxide, Öl, Farbe und starke Verunreinigungen müssen von kritischen Schweißflächen entfernt werden. Beim Mehrlagenschweißen können Schlacke und Verunreinigungen zwischen den Lagen die ordnungsgemäße Verbindung der nachfolgenden Schweißnaht verhindern.
Wärmezufuhr an Fahrgeschwindigkeit anpassen
Stromstärke, Spannung, Laserleistung und Bewegungsgeschwindigkeit sollten als Kombination betrachtet werden.
Zu schnelles Arbeiten verkürzt die Zeit zum Aufschmelzen des Grundmaterials. Eine Erhöhung der Energie kann in manchen Fällen helfen, jedoch kann übermäßige Hitze andere Probleme wie Verformung, zu tiefes Eindringen oder eine größere Wärmeeinflusszone verursachen.
Das bessere Ziel ist es, ein stabiles Prozessfenster zu schaffen, in dem die vorgesehenen Schmelzflächen gleichmäßig aufschmelzen, ohne dass die Verbindung überhitzt.
Brennerposition und Schmelzbad kontrollieren
Die Ausrichtung des Brenners bzw. der Elektrode bestimmt, wo die Schweißenergie konzentriert ist. Wenn der Lichtbogen größtenteils von einer Nahtfläche weg gerichtet ist, kann eine Leistungserhöhung lediglich ein größeres Schmelzbad erzeugen, ohne die nicht verschmolzene Seitenwand zu beheben.
Die Bediener sollten einen geeigneten Arbeitswinkel einhalten, die Position der Schweißnaht kontrollieren und sicherstellen, dass das Schmelzbad die erforderlichen Schmelzflächen erreicht. Magnetisches Lichtbogenblasen sollte ebenfalls untersucht werden, wenn der Lichtbogen trotz ansonsten angemessener Einstellungen wiederholt von der vorgesehenen Position abweicht.
Kann eine mangelnde Fusion behoben werden?
Ein nachgewiesener Schmelzfehler beim Schweißen erfordert in der Regel mehr als nur eine zusätzliche Schweißnaht. Das Hinzufügen von Schweißgut beseitigt die ursprüngliche Schmelzstelle nicht.
Ein typischer Reparaturablauf ist:
- Ermitteln Sie das gesamte Ausmaß des Defekts.
- Entfernen Sie den defekten Abschnitt, bis Sie auf einwandfreies Metall stoßen.
- Untersuchen Sie das Gelenk und ermitteln Sie, warum die Fusion fehlgeschlagen ist.
- Korrigieren Sie die Parameter, die Vorbereitung oder die Technik.
- Nach dem genehmigten Verfahren erneut verschweißen.
- Überprüfen Sie den reparierten Bereich erneut.
Diese Reihenfolge ist wichtig, denn wenn nur die sichtbare Stelle repariert wird, ohne die Ursache zu beheben, kann der gleiche Defekt auch in der neuen Schweißnaht auftreten.
Bei kritischen Arbeiten müssen die Reparaturverfahren und Inspektionsanforderungen der jeweils geltenden Schweißanweisung (WPS), dem Qualitätsplan und den Schweißnormen entsprechen.
Mangelnde Verschmelzung beim Laserschweißen
Laserschweißen ermöglicht die Herstellung schmaler Nähte mit relativ geringem Wärmeeintrag, jedoch lassen sich dadurch Schmelzfehler nicht vollständig vermeiden. Unzureichende Strahlenergie an der Fügefläche, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, falsche Fokussierung, Fugenspalten, mangelhafte Ausrichtung oder Oberflächenbeschaffenheit können allesamt zu einer unvollständigen Verbindung beitragen.
Die schmale Erscheinung einer Laserschweißnaht macht die Prozesskontrolle besonders wichtig. Eine saubere Oberflächenraupe sollte nicht als Beweis für eine vollständige innere Verschmelzung gewertet werden.
Bei handgeführten Systemen wie denen von Dynalasers sollten Anwender die Parameter für das jeweilige Material, die Dicke, die Verbindungsart und die Vorschubgeschwindigkeit individuell festlegen, anstatt die Einstellungen eines optisch ähnlichen Bauteils zu übernehmen. Eine stabile Strahlposition und eine präzise Passung sind ebenso wichtig wie die verfügbare Laserleistung.
Häufig gestellte Fragen
Ist mangelnde Verschmelzung gemäß den Schweißnormen immer ein Ablehnungsgrund?
Nicht unbedingt nach jeder Norm und Anwendung, aber im Allgemeinen wird sie als schwerwiegende planare Unregelmäßigkeit behandelt. Die Akzeptanz hängt von der anwendbaren Norm, der Schweißnahtart, den Betriebsbedingungen, der Fehlerstelle und den festgelegten Grenzwerten ab.
Normen können bestimmte Grundzustände auch unterschiedlich klassifizieren. Daher sollte der anwendbare Code geprüft werden, bevor entschieden wird, ob eine Angabe akzeptabel ist.
Ist mangelnde Fusion dasselbe wie Kaltverschmelzung?
Es handelt sich um eng verwandte Begriffe, die jedoch nicht in jedem Schweißverfahren oder Prüfstandard automatisch als austauschbar behandelt werden sollten.
Kaltüberlappung bezeichnet im Allgemeinen Schweißgut, das sich auf eine Oberfläche aufrollt oder überlappt, ohne sich richtig mit ihr zu verbinden. Fehlende Verschmelzung ist ein Oberbegriff, der auch an Seitenwänden, Wurzeln und zwischen Schweißlagen auftreten kann.
Kann es beim Punktschweißen zu mangelnder Verschmelzung kommen?
Ja. Auch beim Widerstandspunktschweißen ist eine ausreichende Verschmelzung der sich berührenden Bleche erforderlich. Wenn Stromstärke, Druck, Kontaktbedingungen, Zeitaufwand oder Oberflächenbeschaffenheit die Bildung eines ausreichenden Schweißpunkts verhindern, kann die Verbindung zwischen den Blechen unzureichend sein.
Die Prüfmethoden und die Terminologie für Punktschweißungen unterscheiden sich von denen für Stumpf- oder Kehlnahtschweißungen; die Bewertung sollte daher den entsprechenden Anforderungen an das Widerstandsschweißen entsprechen.
Fazit
Mangelnde Verschmelzung beim Schweißen lässt sich am besten durch die Kontrolle des gesamten Prozesses verhindern, anstatt sich nur auf das Aussehen der Schweißnaht zu konzentrieren. Nahtvorbereitung, Energiezufuhr, Schweißgeschwindigkeit, Brennerposition und Qualitätskontrolle tragen alle zu einer zuverlässigen Verschmelzung bei.
Dynalasers konzentriert sich bei Laserschweißanwendungen auf eine stabile Prozesssteuerung und eine praxisnahe Parameteranpassung, damit die Bediener gleichmäßige Verbindungen herstellen und gleichzeitig vermeidbare Schweißfehler reduzieren können.
