Titel: Untersuchungen über die Schweiſsbarkeit des Eisens.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 251 (S. 71–77)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj251/ar251043

Untersuchungen über die Schweiſsbarkeit des Eisens.

Schon zu Anfang des Jahres 1880 hatte der Verein zur Beförderung des Gewerbfleiſses eine Commission1) damit beauftragt, technische Versuche in Betreff der Schweiſsbarkeit verschiedener Eisensorten anzustellen. Ueber die angestellten Versuche und die erhaltenen Resultate erstattet nun E. P. Böhme in den Verhandlungen des obigen Vereins, 1883 S. 146 einen ausführlichen Bericht, welchem nachstehende Mittheilungen entnommen sind.

Zunächst wurden auf der königl. mechanisch-technischen Versuchsanstalt in Berlin 132 Proben verschiedener Eisensorten, welche von der Gutehoffnungshütte zu Oberhausen, von Fr. Krupp zu Essen, von dem Hörder Bergwerks- und Hüttenwerk, sowie von dem Borsigwerk geliefert waren, untersucht. 88 Probestücke waren geschweiſst. Da sich indessen herausstellte, daſs die Anzahl der untersuchten Probestücke für jedes einzelne Material zu klein, zudem die Bearbeitung und Formgebung zu ungleichartig gewesen war, um aus den Ergebnissen der Untersuchungen sichere Schlüsse ziehen zu können, so wurden neue Versuche mit Probestücken vorgenommen, welche in gröſserer Anzahl aus einem und demselben Materiale (zunächst Fluſseisen der Gutehoffnungshütte) bei möglichst gleicher Behandlungsweise hergestellt waren. Diese Versuchsstücke bestanden aus je 6 ungeschweiſsten und je 9 geschweiſsten Rundstäben aus weicherem bezieh. härterem Materiale, welche in der Versuchsanstalt nach genauer Bearbeitung auf Zugfestigkeit, Elasticität, Dehnung und Querschnittsverminderung beim Zerreiſsen untersucht wurden. Da die chemische Analyse einen Kohlenstoffgehalt von nur 0,099 bis 0,212 Proc. ergab, so ist das vorliegende Material noch als Fluſseisen zu bezeichnen. Aus den Prüfungen ergab sich nun die mittlere Zugfestigkeit:

Für das weiche ungeschweiſste Fluſseisen = 45,4k/qmm
härtere = 50,7
weiche geschweiſste = 32,2
härtere = 29,4

Hieraus folgt, daſs sich die absolute Festigkeit des härteren zu der des weicheren Fluſseisens vor dem Schweiſsen verhält wie 50,7 : 45,4 = 1,117, daſs aber durch das Schweiſsen dieses Verhältniſs auf 29,4 : 32,2 = 0,913 erniedrigt wird; ferner, daſs die Zugfestigkeit des geschweiſsten härteren |72| Materials im Mittel gleich 58 Procent von der des ungeschweiſsten ist, während das weichere Eisen nach der Schweiſsung doch noch 71 Procent seiner ursprünglichen Festigkeit besitzt.

Da die angeführten Zugfestigkeiten Mittel aus allen Versuchen sind, so hat auf die daraus abgeleiteten Verhältniſszahlen nicht nur die Festigkeit der gut ausgeführten Schweiſsungen Einfluſs, sondern auch die Häufigkeit, mit welcher eine solche gelingt. So können von den 9 Schweiſsungen des härteren Eisens nur 3 als genügend angesehen werden, deren Zugfestigkeit 47,0, 48,2 bezieh. 43,6k/qmm betrug, während die 6 übrigen mehr oder minder miſslungenen die Festigkeitszahlen 28,4, 17,5, 29,9, 17,5, 21,0, 11,7 aufweisen.

Unter den Schweiſsproben aus dem weicheren Fluſseisen finden sich 6 gelungene mit den Festigkeitsziffern 39,3, 40,8, 41,6, 35,0, 36,9, 37,3 und 3 mehr oder weniger miſsglückte mit den Festigkeiten 17,1, 15,4 bezieh. 26,2k/qmm. Die Gefahr des Miſslingens einer Schweiſsung ist daher bei dem härteren Fluſseisen weit gröſser als bei dem weichen.

Wollte man, was jedoch nicht richtig wäre, nur die gelungenen Schweiſsungen berücksichtigen, so bliebe allerdings deren Festigkeit nur wenig hinter der des unbearbeiteten Materials zurück. Auch trat die dem Bruche vorausgehende plötzliche Streckung, welche das Ueberschreiten der Elasticitätsgrenze andeutet, bei den geschweiſsten Proben nahezu ebenso spät als bei ungeschweiſsten Stäben ein. Es ist daher auch zu erwarten, daſs bei einer Belastung, nicht höher, als eine solche durch die unter dem nöthigen Sicherheitsgrade angenommene Nutzlast in Wirklichkeit dauernd stattfindet, die Widerstandsfähigkeit eines gut geschweiſsten Fluſseisenstabes in einem völlig angemessenen Verhältnisse zu seiner Materialfestigkeit steht.

Zur weiteren Fortsetzung der Versuche wurden sodann 6 ungeschweiſste und 9 geschweiſste Stäbe aus gewöhnlichem schlesischem Handelseisen (Puddelschweiſseisen der Königs- und Laurahütte) beschafft und den gleichen Versuchen unterworfen. 3 chemische Analysen ergaben einen Kohlenstoffgehalt gleich 0,02 bis 0,10 Proc. Die Zugfestigkeit der ungeschweiſsten Stäbe betrug 40k,7 auf 1qmm (Mittel aus 6 Versuchen), die der geschweiſsten 33k,1 (Mittel aus 9 Versuchen). Die mittlere Festigkeit einer Schweiſsung beträgt daher nur 81 Procent des ungeschweiſsten Eisens.

Zu einer besseren Vergleichung sind hier die Zugfestigkeiten aller Proben in Procent der Festigkeit des ungeschweiſsten Materials zusammengestellt:

Härteres Weicheres Schlesisches
Fluſseisen Eisen
95 92 100
93 90 96
86 87 92
59 82 89
56 81 83
|73|
Härteres Weicheres Schlesisches
Fluſseisen Eisen
41 77 77
35 58 67
35 38 67
23 33 62

Man ersieht aus dieser Aufstellung sofort, wie das Schweiſsen um so mehr miſslungen ist, je härter das Material war, am häufigsten also beim härteren Fluſseisen, während bei dem Schweiſseisen eine geradezu als schlecht zu bezeichnende Schweiſsung gar nicht vorgekommen ist. Es mag dies zum Theile darin mit begründet sein, daſs die Schmiede auf die Behandlung der letzteren Eisensorte bei weitem besser eingeübt sind als auf das Schmieden und Schweiſsen des Fluſseisens.

Auſser der Bestimmung der absoluten Festigkeit wurden auch die Elasticitätsverhältnisse näher untersucht. Hierbei verursachte die schärfere Bestimmung der Elasticitätsgrenze beim Schweiſseisen einige Verlegenheit, indem beispielsweise die sprungweise Streckung, welche, wie schon oben erwähnt, im Allgemeinen die Ueberschreitung der Elasticitätsgrenze kenntlich macht, bei einem Stabe schon bei 5k,9 Belastung auf 1qmm des Querschnittes eintrat. Aehnliche Unregelmäſsigkeiten fanden bei zwei anderen Proben statt; dennoch ergaben die weiteren Versuchsergebnisse dieser Stäbe eine nahezu gleiche Qualität des Materials. Der Augenblick, in welchem diese plötzliche Streckung der Versuchsstäbe begann, war übrigens immer mit Sicherheit zu erkennen.

In Bezug auf die Messung der Dehnungen überhaupt sei noch angeführt, daſs gerade in den letzten Belastungsstadien eine ungleich gröſsere Dehnung stattfindet. Deshalb kann es durchaus nicht befremden, dals z.B. ein Stab bei 39,3k/qmm Belastung eine Verlängerung von 15,3 Proc. aufweist, während ein anderer Stab, welcher von den untersuchten Stäben die gröſste Dehnung (48,6 Proc.) beim Bruche erfuhr, bei der oben erwähnten Belastung von 39k,3 erst 12,7 Proc. Verlängerung zeigte. Auch ist noch auf die Verlängerungen aufmerksam zu machen; die gröſste Abweichung in denselben beträgt trotz nahezu gleicher Zugfestigkeiten 25mm,5 – 16mm,2 = 9,3 Proc. und 31mm,3 – 17mm,3 = 14,0 Proc. für die auf 200mm bezieh. 100mm Länge und zwar je 100mm bezieh. 50mm zu beiden Seiten der Bruchstelle beobachtete Probelänge.

Hieraus und aus dem Umstände, daſs in den meisten Fällen der Bruch eines und desselben Stabes ein sehr verschiedenes Aussehen zeigte, ist zu entnehmen, daſs das Material nicht homogen war.

Merkwürdigerweise erfolgte die Streckung bei den geschweiſsten Stäben später (bei 23,1k/qmm Belastung) als bei den ungeschweiſsten (bei 22,8k/qmm); neu eingeleitete Versuche werden erst ergeben müssen, ob diese Erscheinung nicht eine rein zufällige war.

Betrachtet man nun das mittlere Verhältniſs der Festigkeit des geschweiſsten zu der des ungeschweiſsten Materials, wie sich dasselbe als |74| Mittel aus allen Versuchen ergibt, als maſsgebend für die Schweiſsbarkeit., so verhalten sich die Schweiſsfähigkeiten für hartes, für weiches Fluſseisen bezieh. für Schweiſseisen wie 58 : 71 : 81.

Wollte man hingegen alle die Versuchsstäbe, deren Zugfestigkeit unter dem Mittelwerthe für die geschweiſsten Stäbe geblieben ist, als in der Schweiſsung miſsglückt ansehen, so würden von den Schweiſsproben aus dem schlesischen Eisen nur 5 als gelungen anzusehen sein und ihre mittlere Zugfestigkeit sich auf 92 Procent der Festigkeit des ungeschweiſsten Materials belaufen. Ebenso würde dann die Festigkeit einer gelungenen Schweiſsung, wie aus der oben mitgetheilten Zusammenstellung hervorgeht, für härteres Fluſseisen 91 Procent (Mittel aus 3 Versuchen), für weicheres Fluſseisen 85 Procent (Mittel aus 6 Versuchen) der Festigkeit des ungeschweiſsten Materials betragen. Alsdann würde sich die Schweiſsfähigkeit des härteren zu der des weicheren Fluſseisens bezieh. des Schweiſseisens verhalten wie 91 : 85 : 92.

Behufs einer leichteren Vergleichung der Eigenschaften der untersuchten Eisensorten sind die Hauptresultate der Versuche in nachstehender Tabelle zusammengestellt:



Eigenschaften
Härteres Fluſseisen Weicheres Fluſseisen Schlesisches
Schweiſseien.
Unge-
schweiſst
Ge-
schweiſst
Unge-
schweiſst
Ge-
schweiſst
Unge-
schweiſst
Ge-
schweiſst
Zugfestigkeit k/qmm
Dehnung in Procent, be-
zogen:
50,7 29,4 45,4 32,2 40,7 33,1
1) auf 100mm, je 50mm
zu beiden Seiten der
Bruchstelle


24,6


3,7


29,9


5,8


26,1


8,1
2) auf 200mm, je 100mm
zu beiden Seiten der
Bruchstelle


20,8


3,2


25,1


5,1


22,2


7,7
Querschnittsverminde-
rung in Procent des
ursprünglichen Quer-
schnittes



34,9



4,5



44,7



10,5



39,5



14,0

Aus dieser Zusammenstellung ist zu ersehen, daſs das untersuchte schlesische Schweiſseisen beiden Sorten Fluſseisen an Festigkeit nachsteht, während seine Zähigkeit gröſser als die des härteren, aber geringer als die des weichen Fluſseisens ist. Die Schweiſsfähigkeit ist aber beim Schweiſseisen weitaus gröſser als bei beiden Sorten Fluſseisen. Weiterhin folgert die Commission aus den angestellten Proben, daſs eine durch Schweiſsung hergestellte Verbindung auch bei der gröſsten Sorgfalt des Schmiedes unzuverlässig ist, weshalb Schweiſsstellen überall da zu vermeiden sind, wo das Eisen auf Zugfestigkeit in Anspruch genommen wird.

Nach einem Berichte von H. Wedding in den Mittheilungen aus den technischen Versuchsanstalten zu Berlin, 1883 S. 70 wurden nun 6 der so geprüften Eisenstücke analysirt. Da die untersuchten Proben als Vertreter

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Textabbildung Bd. 251, S. 75
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der chemischen Zusammensetzung der ganzen Gruppe gleichartiger Eisenstücke angesehen werden können, so sind in vorstehender Tabelle die den eigentlichen Werth der betreffenden Eisenart darstellenden Durchschnittsziffern über den Linien hinzugefügt worden. Dieselben stellen bei Nr. 1, 2 und 4 den Durchschnitt von je 6, bei Nr. 3 und 6 den Durchschnitt von je 9 Einzeluntersuchungen dar. Bei Nr. 5 konnte nicht mit Sicherheit festgestellt werden, ob der Stab geschweiſst war oder nicht.

Werden vorstehende Folgerungen mit der chemischen Zusammensetzung in Verbindung gebracht, so ergibt sich zuvörderst der Schluſs, daſs die molekulare Anordnung des Eisens einen weit gröſseren Einfluſs auf die Schweiſsbarkeit hat als der Kohlenstoffgehalt. Keine der Eisensorten ist Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt erst mit 0,6 Proc. beginnt; alle sind vielmehr Schmiedeisen im eigentlichen Sinne des Wortes; aber das weiche schlesische Schweiſseisen Nr. 4 bis 6 hat selbst in seiner am wenigsten gekohlten Sorte mehr Kohlenstoff als die härtere (bei der Sendung als Stahl) bezeichnete Art des Fluſseisens.

Soweit die wenigen Analysen einen allgemeinen Schluſs überhaupt gestatten, nimmt mit dem Siliciumgehalte die Schweiſsbarkeit zu, mit dem Mangangehalte ab. Dies wird dadurch erklärlich, daſs Silicium bei der während der Schweiſsung stattfindenden Oxydation eine das gebildete Eisenoxydoxydul lösende Schlacke gibt; Mangan dagegen reducirt das Oxydoxydul, ohne eine flüssige Schlacke bilden zu können. Den thatsächlichen Verbrauch an Silicium beim Schweiſsen selbst zeigt ein Vergleich der Analysen Nr. 4 und 6 und gerade der gleiche Gehalt an Silicium von Nr. 4 und 5 läſst darauf schlieſsen, daſs Nr. 5 ungeschweiſst war. Bei dem Fluſseisen ist eine Abnahme an Silicium nach dem Schweiſsen nicht nachweisbar und der Schluſs mag nicht ungerechtfertigt erscheinen, daſs die Modifikation, in welcher dieses Element im Fluſseisen vorhanden ist, den Mangel an Einfluſs auf die Schweiſsbarkeit erklärt.

Während Ledebur, welcher jedoch keine eigenen Versuche ausgeführt hat, in Glaser's Annalen, 1882 S. 179 annimmt, der Gesammtgehalt an fremden Stoffen in den nicht schweiſsbaren Eisensorten sei um etwa 70 Proc. höher als in den schweiſsbaren, ist in den vorliegenden Eisensorten der Gehalt an Silicium, Phosphor, Kohlenstoff und Mangan in dem harten Fluſseisen = 0,717, im weichen 0,423, im Schweiſseisen 0,52 Proc. Wahrscheinlich fallen alle die schlecht schweiſsenden Eisensorten, welche die genannte Commission untersuchte, noch in die Ledebur'sche Abtheilung der schweiſsbaren Eisenarten.

Wahrscheinlicher ist durch diese Untersuchungen die von Reiser in der Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen 1883 S. 37 ausgesprochene Ansicht geworden, welche der chemischen Constitution nur in so fern einen bedingten Einfluſs auf die Schweiſsbarkeit des Eisens zuschreibt, als dadurch seine molekulare Beschaffenheit, d.h. das Krystallisationsbestreben beeinfluſst wird. Hiernach würde es die Krystallisation |77| des aus dem flüssigen Aggregatzustande erhaltenen Fluſseisens sein, welche die schwieriger auszuführende Schweiſsung gegenüber dem teigig erhaltenen Schweiſseisen bedingt. Zuvörderst wird nun das Bestreben dahin gehen müssen, Schweiſsungen beim Fluſseisen überhaupt zu vermeiden, was um so leichter ausführbar erscheint, als es möglich ist, dasselbe von vorn herein durch Guſs in jede beliebige Form und Gröſse zu bringen; soll aber Fluſseisen hergestellt werden, welches durchaus geschweiſst werden muſs, so werden weitere Untersuchungen diejenige chemische Zusammensetzung nachweisen müssen, welche am meisten das Krystallisationsbestreben in hohen Temperaturen zerstört.

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Dieselbe bestand unter dem Vorsitze Prof. H. Wedding's aus den Fabrikbesitzern Hoppe und W. Wedding, Civilingenieur Druckenmüller, Prof. Hörmann, Spangenberg bezieh., nach dessen Tode, Dr. Böhme. Auſserdem wurden noch Direktor Bormann und Prof. Finkener zugezogen.

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