Das klingt zu schön, um wahr zu sein – wo liegt also das Problem? Schweißen ist üblicherweise erforderlich, um fast alles aus einem der über 150 Edelstahlsorten herzustellen. Das Schweißen von Edelstahl ist eine komplexe Angelegenheit. Zu den Herausforderungen gehören das Vorhandensein von Chromoxid, die Kontrolle der Wärmeeinbringung, die Wahl des richtigen Schweißverfahrens, der Umgang mit sechswertigem Chrom und die korrekte Durchführung des Schweißvorgangs.
Trotz der Schwierigkeiten beim Schweißen und der Oberflächenbearbeitung bleibt Edelstahl in vielen Branchen ein beliebtes und mitunter einziges Material. Um erfolgreich zu schweißen, ist es entscheidend zu wissen, wie man ihn sicher verarbeitet und welches Schweißverfahren wann anzuwenden ist. Dies kann der Schlüssel zu einer erfolgreichen Karriere sein.
Warum ist das Schweißen von Edelstahl so schwierig? Die Antwort liegt in seiner Herstellung. Baustahl, auch als Weichstahl bekannt, wird mit mindestens 10,5 % Chrom legiert, um Edelstahl herzustellen. Das zugesetzte Chrom bildet eine Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche, die die meisten Arten von Korrosion und Rost verhindert. Hersteller fügen dem Stahl unterschiedliche Mengen an Chrom und anderen Elementen hinzu, um die Qualität des Endprodukts zu beeinflussen, und verwenden anschließend ein dreistelliges System zur Unterscheidung der Güteklassen.
Gängige Edelstahlsorten sind 304 und 316. Die günstigste ist 304, die 18 % Chrom und 8 % Nickel enthält und in vielen Bereichen eingesetzt wird, von Autoteilen bis hin zu Küchengeräten. Edelstahl 316 enthält weniger Chrom (16 %) und mehr Nickel (10 %), aber auch 2 % Molybdän. Diese Legierung verleiht Edelstahl 316 eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Chloriden und Chlorlösungen und macht ihn zur besten Wahl für maritime Umgebungen sowie die chemische und pharmazeutische Industrie.
Eine Chromoxidschicht kann die Qualität von Edelstahl sichern, doch genau das bereitet Schweißern Kopfzerbrechen. Diese nützliche Barriere erhöht die Oberflächenspannung des Metalls und verlangsamt so die Bildung eines flüssigen Schmelzbades. Ein häufiger Fehler ist die Erhöhung der Wärmezufuhr, da mehr Wärme die Fließfähigkeit des Schmelzbades erhöht. Dies kann jedoch Edelstahl schädigen. Zu viel Hitze kann zu weiterer Oxidation und Verformung oder sogar zum Durchbrennen des Grundwerkstoffs führen. Angesichts der Verwendung von Blechen in Großindustrien wie der Automobilabgasindustrie ist dies von höchster Wichtigkeit.
Hitze zerstört die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl vollständig. Bei zu hoher Hitzeeinwirkung verfärbt sich die Schweißnaht oder die umgebende Wärmeeinflusszone (WEZ) irisierend. Oxidierter Edelstahl weist faszinierende Farben auf, die von Hellgold über Dunkelblau bis Violett reichen. Diese Farben eignen sich zwar gut zur Veranschaulichung, können aber auch auf Schweißnähte hinweisen, die bestimmte Anforderungen nicht erfüllen. Strengste Spezifikationen legen keinen Wert auf eine unschöne Verfärbung der Schweißnaht.
Es gilt allgemein als anerkannt, dass das Wolfram-Schutzgasschweißen (WIG) am besten für Edelstahl geeignet ist. Historisch gesehen war dies im Allgemeinen zutreffend. Das gilt auch heute noch, wenn es darum geht, die kräftigen Farben in kunstvolle Webtechniken einzubringen, um die höchsten Qualitätsstandards in Branchen wie der Kernenergie und der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen. Moderne Inverter-Schweißtechnologie hat jedoch das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) zum Standard für die Edelstahlproduktion gemacht, und zwar nicht nur für automatisierte oder robotergestützte Systeme.
Da GMAW ein halbautomatisches Drahtvorschubverfahren ist, ermöglicht es eine hohe Abschmelzleistung, was den Wärmeeintrag reduziert. Manche Experten behaupten, es sei einfacher als GTAW, da es weniger von den Fähigkeiten des Schweißers und mehr von der Leistung des Schweißgeräts abhängt. Dies ist zwar umstritten, aber die meisten modernen GMAW-Schweißgeräte verwenden vorprogrammierte Synergielinien. Diese Programme stellen Parameter wie Stromstärke und Spannung in Abhängigkeit vom vom Benutzer eingegebenen Zusatzwerkstoff, der Materialstärke, der Gasart und dem Drahtdurchmesser ein.
Manche Inverter können den Lichtbogen während des gesamten Schweißprozesses anpassen, um einen gleichmäßig präzisen Lichtbogen zu erzeugen, Spaltmaße zwischen den Werkstücken auszugleichen und hohe Schweißgeschwindigkeiten zu gewährleisten, um Produktions- und Qualitätsstandards zu erfüllen. Dies gilt insbesondere für automatisiertes oder robotergestütztes Schweißen, aber auch für manuelles Schweißen. Einige auf dem Markt erhältliche Stromversorgungen bieten eine Touchscreen-Oberfläche und Brennersteuerungen für eine einfache Einrichtung.
Das Schweißen von Edelstahl ist eine komplexe Aufgabe. Zu den damit verbundenen Herausforderungen gehören das Vorhandensein von Chromoxid, die Kontrolle der Wärmeeinbringung, die Wahl des richtigen Schweißverfahrens, der Umgang mit sechswertigem Chrom und die korrekte Durchführung des Schweißvorgangs.
Die Wahl des richtigen Gases für das WIG-Schweißen hängt in der Regel von der Erfahrung und der jeweiligen Anwendung ab. WIG, auch bekannt als Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG), verwendet meist ein Schutzgas, üblicherweise Argon, Helium oder ein Gemisch aus beiden. Eine unsachgemäße Zufuhr von Schutzgas oder Hitze kann zu einer übermäßigen Wölbung oder Strangbildung der Schweißnaht führen. Dadurch vermischt sich das Schweißgut nicht mit dem umgebenden Metall, was ein unansehnliches oder ungeeignetes Ergebnis zur Folge hat. Die Ermittlung des optimalen Gasgemisches für jede Schweißung kann daher viel Ausprobieren erfordern. Gemeinsame GMAW-Produktionslinien tragen zwar dazu bei, Zeitverluste bei neuen Anwendungen zu reduzieren, doch wenn höchste Qualitätsansprüche gestellt werden, bleibt das WIG-Schweißverfahren die bevorzugte Methode.
Das Schweißen von Edelstahl birgt Gesundheitsrisiken für Schweißer. Die größte Gefahr geht von den beim Schweißen entstehenden Dämpfen aus. Erhitztes Chrom bildet sechswertiges Chrom, das bekanntermaßen Atemwege, Nieren, Leber, Haut und Augen schädigt und Krebs verursachen kann. Schweißer müssen daher stets Schutzausrüstung, einschließlich einer Atemschutzmaske, tragen und vor Beginn der Schweißarbeiten für ausreichende Belüftung des Raumes sorgen.
Die Probleme mit Edelstahl enden nicht mit dem Schweißen. Auch bei der Endbearbeitung von Edelstahl ist besondere Sorgfalt geboten. Die Verwendung einer Stahlbürste oder eines Polierpads, das mit Kohlenstoffstahl verunreinigt ist, kann die schützende Chromoxidschicht beschädigen. Selbst wenn die Schäden nicht sichtbar sind, können diese Verunreinigungen das fertige Produkt anfällig für Rost oder andere Korrosionsarten machen.
Terrence Norris ist Senior Applications Engineer bei Fronius USA LLC, 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 219-734-5500, www.fronius.us.
Rhonda Zatezalo ist freiberufliche Autorin für Crearies Marketing Design LLC, 248-783-6085, www.crearies.com.
Die moderne Inverter-Schweißtechnologie hat das Gas-GMAW-Schweißen zum Standard für die Edelstahlproduktion gemacht, nicht nur für automatische oder robotergestützte Systeme.
WELDER, ehemals Practical Welding Today, repräsentiert die Menschen, die die Produkte herstellen, mit denen wir täglich arbeiten. Das Magazin dient der Schweißergemeinschaft in Nordamerika seit über 20 Jahren.
Jetzt mit vollem Zugriff auf die digitale Ausgabe von The FABRICATOR – einfacher Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.
Die digitale Ausgabe des Tube & Pipe Journal ist jetzt vollständig zugänglich und bietet einfachen Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.
Erhalten Sie vollen digitalen Zugriff auf das STAMPING Journal mit den neuesten Technologien, Best Practices und Branchenneuigkeiten für den Markt der Metallstanztechnik.
Mit dem vollständigen digitalen Zugriff auf The Fabricator en Español haben Sie nun einfachen Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.