Oftmals wird vorbearbeiteter Edelstahl gekauft, was die Komplexität des Materials, die die Bediener berücksichtigen müssen, erhöht.
Wie die meisten Werkstoffe weist auch Edelstahl viele Vor- und Nachteile auf. Ein Stahl gilt als „Edelstahl“, wenn die Legierung mindestens 10,5 % Chrom enthält. Dieses Chrom bildet eine Oxidschicht, die den Stahl säure- und korrosionsbeständig macht. Die Korrosionsbeständigkeit lässt sich durch Erhöhung des Chromgehalts und Zugabe weiterer Legierungsbestandteile weiter verbessern.
Die Eigenschaften des Materials, die an Edelstahl erinnern, sein geringer Wartungsaufwand, seine Langlebigkeit und die vielfältigen Oberflächenveredelungen machen es geeignet für Branchen wie das Bauwesen, die Möbelindustrie, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Medizintechnik und viele andere Anwendungsbereiche, die die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl erfordern.
Edelstahl ist in der Regel teurer als andere Stahlsorten. Er bietet jedoch Vorteile hinsichtlich des Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Stahlsorten geringere Materialstärken verwendet werden können, was zu Kosteneinsparungen führt. Aufgrund der Gesamtkosten müssen Betriebe sicherstellen, dass sie die richtigen Werkzeuge einsetzen, um teuren Ausschuss und Nachbearbeitungen zu vermeiden.
Edelstahl gilt allgemein als schwer schweißbar, da er Wärme schnell ableitet und bei der abschließenden Bearbeitung und dem Polieren große Sorgfalt erfordert.
Die Bearbeitung von Edelstahl erfordert im Allgemeinen erfahrenere Schweißer oder Bediener als die Bearbeitung von Kohlenstoffstahl, der tendenziell widerstandsfähiger ist. Die Flexibilität kann sich bei bestimmten Parametern, insbesondere beim Schweißen, verringern. Aufgrund der hohen Kosten von Edelstahl ist es sinnvoll, dass erfahrenere Bediener ihn verwenden.
„Die Leute kaufen Edelstahl in der Regel wegen seiner Oberfläche“, sagt Jonathan Douville, Senior Produktmanager für internationale Forschung und Entwicklung bei Walter Surface Technologies in Pointe-Claire, Quebec. „Dies erhöht die Anforderungen, die die Betreiber berücksichtigen müssen.“
Ob es sich um eine lineare Oberflächenstruktur der Größe 4 oder eine Spiegeloberfläche der Größe 8 handelt, der Bediener muss sicherstellen, dass das Material schonend behandelt und die Oberfläche während der Handhabung und Bearbeitung nicht beschädigt wird. Dies kann auch die Möglichkeiten der Vorbereitung und Reinigung einschränken, die für eine einwandfreie Teilefertigung unerlässlich sind.
„Bei der Verarbeitung dieses Materials ist absolute Sauberkeit das A und O“, sagte Rick Hatelt, Kanada-Landesmanager von PFERD Ontario, Mississauga, Ontario. „Es ist sehr wichtig, für eine saubere (kohlenstofffreie) Atmosphäre zu sorgen und den Edelstahl zu reinigen, um Verunreinigungen zu entfernen, die später zu Oxidation (Rost) führen könnten, und um die Neubildung der Passivierungsschicht zu verhindern. Dadurch entsteht eine Schutzschicht, die die Oxidation minimiert.“
Bei der Verwendung von Edelstahl müssen das Material und die Umgebung gereinigt werden. Zunächst sollten Öl- und Kunststoffreste entfernt werden. Verunreinigungen auf Edelstahl können Oxidation verursachen und auch beim Schweißen Probleme bereiten und zu Defekten führen. Daher ist es wichtig, die Oberfläche vor dem Löten gründlich zu reinigen.
In Werkstätten herrschen nicht immer optimale Hygienebedingungen, und Kreuzkontaminationen können bei der Bearbeitung von Edelstahl und Kohlenstoffstahl ein Problem darstellen. Oftmals werden in Betrieben viele Ventilatoren oder Klimaanlagen zur Kühlung der Arbeiter eingesetzt, wodurch Verunreinigungen auf den Boden geweht werden oder Kondenswasser auf den Rohmaterialien tropfen oder sich dort ablagern kann. Dies ist besonders problematisch, wenn Kohlenstoffstahlpartikel auf Edelstahl gelangen. Die Trennung dieser Materialien und die Einhaltung einer sauberen Umgebung sind für effektives Schweißen von entscheidender Bedeutung.
Es ist wichtig, Verfärbungen zu entfernen, damit sich mit der Zeit kein Rost bildet und die Gesamtstruktur schwächt. Auch das Entfernen von Bläue ist ratsam, um eine gleichmäßige Oberflächenfarbe zu erzielen.
In Kanada ist die Wahl der richtigen Edelstahlsorte aufgrund der extremen Kälte und der Winterbedingungen entscheidend. Douville erklärte, dass die meisten Geschäfte anfangs wegen des Preises Edelstahl 304 wählten. Würde das Material jedoch im Außenbereich eingesetzt, empfahl er den Wechsel zu Edelstahl 316, obwohl dieser doppelt so teuer sei. Edelstahl 304 ist korrosionsanfällig, wenn er im Freien verwendet oder gelagert wird. Selbst wenn die Oberfläche gereinigt wird und sich eine Passivierungsschicht bildet, können die Witterungseinflüsse die Oberfläche angreifen, die Passivierungsschicht abtragen und schließlich erneut Rost verursachen.
„Die Schweißnahtvorbereitung ist aus mehreren grundlegenden Gründen wichtig“, erklärt Gabi Miholics, Anwendungsentwicklungsspezialistin der Abteilung Schleifsysteme bei 3M Kanada in London, Ontario. „Das Entfernen von Rost, Farbe und Fasen ist für ein einwandfreies Schweißen unerlässlich. Die Schweißoberfläche darf keine Verunreinigungen aufweisen, die die Verbindung schwächen könnten.“
Hatelt ergänzt, dass die Reinigung des Bereichs unerlässlich sei, aber zur Vorbereitung vor dem Schweißen könne auch das Anfasen des Materials gehören, um eine ordnungsgemäße Schweißnahthaftung und -festigkeit zu gewährleisten.
Beim Schweißen von Edelstahl ist die Wahl des richtigen Schweißzusatzwerkstoffs für die jeweilige Edelstahlsorte entscheidend. Edelstahl ist besonders empfindlich und erfordert, dass die Schweißnähte mit dem gleichen Werkstofftyp geschweißt werden. Beispielsweise benötigt ein Grundwerkstoff der Sorte 316 auch einen Schweißzusatzwerkstoff der Sorte 316. Schweißer können nicht einfach irgendeinen Schweißzusatzwerkstoff verwenden; jede Edelstahlsorte erfordert einen spezifischen Werkstoff für einwandfreie Schweißergebnisse.
„Beim Schweißen von Edelstahl muss der Schweißer die Temperatur genau im Auge behalten“, sagte Michael Radaelli, Produktmanager bei Norton | Saint-Gobain Abrasives in Worcester, Massachusetts. „Es gibt viele verschiedene Geräte, mit denen man die Temperatur der Schweißnaht und des Werkstücks während des Aufheizens messen kann, denn wenn der Edelstahl einen Riss bekommt, ist das Werkstück im Grunde unbrauchbar.“
Radaelli fügte hinzu, dass der Schweißer darauf achten müsse, sich nicht zu lange an derselben Stelle aufzuhalten. Mehrlagenschweißen sei eine hervorragende Methode, um eine Überhitzung des Grundmaterials zu verhindern. Längeres Schweißen des Edelstahlgrundmaterials könne zu Überhitzung und Rissbildung führen.
„Das Schweißen von Edelstahl kann zeitaufwändiger sein, aber es ist auch eine Kunst, die erfahrene Hände erfordert“, sagte Radaelli.
Die Nachbearbeitung nach dem Schweißen hängt stark vom Endprodukt und dessen Anwendung ab. In manchen Fällen, so Miholics, ist die Schweißnaht später nicht sichtbar, sodass nur eine geringe Nachbearbeitung nötig ist und eventuelle Schweißspritzer schnell entfernt werden. In anderen Fällen muss die Schweißnaht lediglich geglättet oder gereinigt werden, ohne dass eine spezielle Oberflächenvorbereitung erforderlich ist. Soll eine feine oder spiegelglatte Oberfläche erzielt werden, können aufwendigere Polierschritte notwendig sein. Es kommt eben auf die jeweilige Anwendung an.
„Nicht die Farbe ist das Problem“, sagte Miholics. „Diese Oberflächenverfärbung deutet darauf hin, dass sich die Eigenschaften des Metalls verändert haben und es nun oxidieren/rosten kann.“
Die Wahl eines drehzahlvariablen Polierwerkzeugs spart Zeit und Geld und ermöglicht dem Bediener, die Oberflächenbeschaffenheit anzupassen.
Es ist wichtig, Verfärbungen zu entfernen, damit sich mit der Zeit kein Rost bildet und die Gesamtstruktur schwächt. Auch das Entfernen von Bläue ist ratsam, um eine gleichmäßige Oberflächenfarbe zu erzielen.
Der Reinigungsprozess kann Oberflächen beschädigen, insbesondere bei Verwendung aggressiver Chemikalien. Unsachgemäße Reinigung kann die Bildung einer Passivierungsschicht verhindern. Daher empfehlen viele Experten die manuelle Reinigung dieser Schweißteile.
„Bei der manuellen Reinigung muss man 24 bis 48 Stunden warten, bis Sauerstoff mit der Oberfläche reagieren kann. Dann hat man keine Zeit, eine Passivierungsschicht zu bilden“, erklärte Douville. Er erläuterte, dass die Oberfläche Sauerstoff benötigt, um mit dem Chrom in der Legierung zu reagieren und eine Passivierungsschicht zu bilden. Manche Betriebe reinigen, verpacken und versenden die Teile sofort, was den Prozess verlangsamt und das Korrosionsrisiko erhöht.
Es ist üblich, dass Hersteller und Schweißer verschiedene Werkstoffe verwenden. Wie bereits erwähnt, bringt die Verwendung von Edelstahl jedoch einige Einschränkungen mit sich. Eine gründliche Reinigung des Bauteils ist ein guter erster Schritt, aber nur so effektiv wie die Umgebungsbedingungen.
Hatelt berichtete von immer wieder kontaminierten Arbeitsbereichen. Die vollständige Beseitigung von Kohlenstoff in der Edelstahl-Arbeitsumgebung sei entscheidend. Es komme häufig vor, dass Betriebe, die bisher Stahl verarbeiteten, auf Edelstahl umstiegen, ohne die Arbeitsumgebung entsprechend vorzubereiten. Dies sei ein Fehler, insbesondere wenn die beiden Materialien nicht getrennt werden könnten oder kein eigenes Werkzeugset angeschafft werden könne.
„Wenn man eine Drahtbürste zum Schleifen oder Vorbereiten von Edelstahl verwendet und sie dann für Kohlenstoffstahl benutzt, kann man damit keinen Edelstahl mehr bearbeiten“, sagte Radaelli. „Die Bürsten sind nun mit Kohlenstoff verunreinigt und rosten. Sobald die Bürsten verunreinigt sind, lassen sie sich nicht mehr reinigen.“
Laut Hatelt sollten die Geschäfte separate Werkzeuge zur Materialvorbereitung verwenden und diese außerdem mit „Nur Edelstahl“ kennzeichnen, um unnötige Verunreinigungen zu vermeiden.
Bei der Auswahl von Werkzeugen zur Schweißvorbereitung für Edelstahl sollten Betriebe viele Faktoren berücksichtigen, darunter Wärmeableitungsmöglichkeiten, Mineralart, Geschwindigkeit und Korngröße.
„Die Wahl eines Schleifmittels mit wärmeableitender Beschichtung ist ein guter Anfang“, sagte Miholics. „Edelstahl ist sehr hart und erzeugt beim Schleifen mehr Wärme als Baustahl. Die Wärme muss abgeleitet werden, daher sorgt eine Beschichtung dafür, dass sie zum Rand der Scheibe abgeleitet wird, anstatt sich dort zu stauen, wo gerade geschliffen wird. In diesem Fall war es ideal.“
Die Wahl des Schleifmittels hängt auch vom gewünschten Oberflächenfinish ab, fügt sie hinzu. Letztendlich ist es eine Frage des persönlichen Geschmacks. Aluminiumoxid-Schleifmittel sind mit Abstand die am häufigsten verwendeten für die Endbearbeitung. Um Edelstahl eine blaue Oberfläche zu verleihen, sollte Siliziumkarbid verwendet werden. Es ist schärfer und erzeugt tiefere Schnitte, die das Licht anders reflektieren und so die blaue Färbung erzeugen. Wenn der Anwender ein bestimmtes oder einzigartiges Oberflächenfinish wünscht, ist es ratsam, sich mit dem Lieferanten in Verbindung zu setzen.
„Die Drehzahl ist ein großes Problem“, sagte Hatelt. „Verschiedene Werkzeuge benötigen unterschiedliche Drehzahlen, und oft laufen sie zu schnell. Die richtige Drehzahl gewährleistet optimale Ergebnisse, sowohl hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit als auch der Qualität. Wissen Sie, welches Finish Sie erzielen möchten und wie Sie es messen müssen.“
Douville fügte hinzu, dass die Investition in drehzahlvariable Schlichtbearbeitungswerkzeuge eine Möglichkeit sei, Geschwindigkeitsprobleme zu lösen. Viele Anwender verwenden für die Schlichtbearbeitung eine herkömmliche Schleifmaschine, die jedoch nur für den Trennprozess eine hohe Drehzahl aufweist. Um den Prozess abzuschließen, muss die Drehzahl reduziert werden. Die Wahl eines drehzahlvariablen Schlichtbearbeitungswerkzeugs spart Zeit und Geld und ermöglicht dem Anwender, ein gleichmäßiges Oberflächenfinish zu erzielen.
Auch die Körnung ist bei der Auswahl eines Schleifmittels wichtig. Der Anwender sollte mit der für die jeweilige Anwendung optimalen Körnung beginnen.
Ausgehend von einer Körnung von 60 oder 80 (mittel) kann der Bediener fast sofort zu einer Körnung von 120 (fein) und dann zu einer Körnung von 220 (sehr fein) übergehen, wodurch der Edelstahl eine Oberflächengüte von Nr. 4 erhält.
„Es kann so einfach sein wie drei Schritte“, sagte Radaelli. „Wenn der Bediener jedoch eine große Schweißnaht bearbeiten muss, kann er nicht mit einer 60er oder 80er Körnung beginnen, sondern muss möglicherweise eine 24er (sehr grobe) oder 36er (grobe) Körnung verwenden. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt und kann bei Material mit tiefen Kratzern schwierig zu entfernen sein.“
Außerdem kann die Verwendung eines Anti-Spritz-Sprays oder -Gels für Schweißer äußerst hilfreich sein, wird aber beim Schweißen von Edelstahl oft vernachlässigt, so Douville. Teile mit Schweißspritzern müssen entfernt werden, was die Oberfläche zerkratzen, zusätzliche Schleifvorgänge erfordern und Zeit kosten kann. Dieser Schritt lässt sich mit einem Anti-Spritz-System problemlos vermeiden.
Lindsay Luminoso, Redakteurin, schreibt für Metal Fabrication Canada und Fabrication and Welding Canada. Von 2014 bis 2016 war sie Redakteurin/Webredakteurin bei Metal Fabrication Canada, zuletzt als Redakteurin für Konstruktionstechnik.
Luminoso besitzt einen Bachelor of Arts-Abschluss von der Carleton University, einen Bachelor of Education-Abschluss von der University of Ottawa und ein Graduate Certificate in Books, Magazines and Digital Publishing vom Centennial College.
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Randy McDonald, ehemaliger Produktmanager bei Overtone, gibt Tipps und Tricks aus seiner 40-jährigen Erfahrung weiter. Mit einer FEIN WPO 14-25E Poliermaschine mit variabler Drehzahl und Zubehör für das Finishing und Polieren aus dem umfangreichen Sortiment an Polierzubehör von FEIN Canada führt uns Randy Schritt für Schritt durch den Prozess.