Oftmals wird vorgefertigter Edelstahl gekauft, was die Komplexität des Materials, das die Anwender berücksichtigen müssen, noch erhöht.
Wie die meisten Werkstoffe weist auch Edelstahl zahlreiche 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 Legierungselemente weiter verbessern.
Die Materialeigenschaften von Edelstahl – geringer Wartungsaufwand, Langlebigkeit und vielfältige Oberflächenveredelungen – machen ihn 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 ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, da dünnere Materialstärken als bei herkömmlichen Sorten möglich sind, was zu Kosteneinsparungen führen kann. Aufgrund der Gesamtkosten müssen Betriebe sicherstellen, dass sie die richtigen Werkzeuge verwenden, um teuren Ausschuss und Nachbearbeitung zu vermeiden.
Edelstahl gilt allgemein als schwer schweißbar, da er die Wärme schnell ableitet und bei den Endbearbeitungs- und Polierschritten große Sorgfalt erfordert.
Die Bearbeitung von Edelstahl erfordert in der Regel erfahrenere Schweißer oder Bediener als die Bearbeitung von Kohlenstoffstahl, der tendenziell formstabiler ist. Die Bandbreite an Eigenschaften kann durch die Anwendung bestimmter Parameter, insbesondere beim Schweißen, reduziert werden. Aufgrund der hohen Kosten von Edelstahl ist dessen Verwendung eher erfahrenen Bedienern vorbehalten.
„Die Leute kaufen Edelstahl in der Regel wegen seiner Oberflächenbeschaffenheit“, sagte Jonathan Douville, Senior Produktmanager, F&E International, Walter Surface Technologies, Pointe-Claire, Que. „Die Leute kaufen Edelstahl in der Regel wegen seiner Oberflächenbeschaffenheit“, sagte Jonathan Douville, Senior Produktmanager, F&E International, Walter Surface Technologies, Pointe-Claire, Que. „Es ist nicht möglich, einen neuen Stand für ein anderes Unternehmen zu kaufen“, sagte Jonathan Douvill, ein langjähriger Mitarbeiter für das Produkt R&D International, Walter Surface Technologies, Pointe-Claire, Que. „Die Leute kaufen Edelstahl in der Regel wegen seiner Oberfläche“, sagte Jonathan Douville, Senior Produktmanager, F&E International, Walter Surface Technologies, Pointe-Claire, Que.„Die meisten Menschen kaufen Edelstahl wegen seiner Oberfläche“, sagt Jonathan Douville, Senior Manager für internationale Forschung und Entwicklung bei Walter Surface Technologies in Pointe Claire, Quebec. „Dies erhöht die Anforderungen, die Anwender berücksichtigen müssen.“
Ob es sich um eine lineare Texturbeschichtung der Größe 4 oder eine Spiegelbeschichtung der Größe 8 handelt, der Bediener muss sicherstellen, dass das Material schonend behandelt wird und die Beschichtung bei der Handhabung und Bearbeitung nicht beschädigt wird. Dies kann auch die Vorbereitungs- und Reinigungsmöglichkeiten einschränken, die für die Herstellung qualitativ hochwertiger Teile entscheidend sind.
„Bei der Arbeit mit diesem Material ist es das Wichtigste, es gründlich zu reinigen“, sagte Rick Hathelt, PFERD-Gebietsleiter für Kanada, Ontario, Mississauga, Ontario. „Es ist sehr wichtig, bei der Reinigung von Edelstahl für eine saubere (kohlenstofffreie) Atmosphäre zu sorgen, um Verunreinigungen zu entfernen, die später Oxidation (Rost) verursachen können, und um die Regeneration der Passivierungsschicht zu verhindern, indem eine Schutzschicht gebildet wird, die die Oxidation minimiert.“
Bei der Verwendung von Edelstahl müssen Material und Umgebung gereinigt werden. Das Entfernen von Öl- und Kunststoffresten ist ein guter Anfang. Verunreinigungen auf Edelstahl können Oxidation verursachen und auch beim Schweißen Probleme und Defekte hervorrufen. Daher ist eine gründliche Oberflächenreinigung vor dem Löten unerlässlich.
Die Werkstattumgebung ist nicht immer optimal, und Kreuzkontaminationen können bei der Bearbeitung von Edelstahl und Kohlenstoffstahl problematisch sein. Oftmals werden in der Werkstatt viele Ventilatoren oder Klimaanlagen zur Kühlung der Arbeiter eingesetzt, wodurch Verunreinigungen auf den Boden geweht werden oder sich auf den Rohmaterialien tropfen oder Kondenswasser bilden kann. Dies ist besonders problematisch, wenn Kohlenstoffstahlpartikel auf Edelstahl gelangen. Die Trennung dieser Materialien und ihre Lagerung in einer sauberen Umgebung sind für effizientes Schweißen unerlässlich.
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 es aufgrund der extremen Kälte und der winterlichen Witterungsbedingungen besonders wichtig, die richtige Edelstahlsorte zu wählen. Douville erklärte, dass die meisten Geschäfte anfangs wegen des Preises Edelstahl 304 wählten. Würde dieses Material jedoch im Außenbereich verwendet, würden sie den Wechsel zu Edelstahl 316 empfehlen, obwohl dieser doppelt so teuer ist. Edelstahl 304 ist im Freien korrosionsanfällig. Selbst wenn die Oberfläche gereinigt wird und sich eine Passivierungsschicht gebildet hat, können äußere Einflüsse die Passivierungsschicht zerstören und schließlich erneut Rost verursachen.
„Die Schweißvorbereitung ist aus mehreren grundlegenden Gründen wichtig“, sagt Gabi Miholix, Anwendungsentwicklungsspezialistin in der Abteilung Schleifsysteme von 3M Kanada in London, Ontario. „Das Entfernen von Rost, Farbe und Fasen ist für ein einwandfreies Schweißergebnis unerlässlich. Die Schweißnahtoberfläche muss frei von Verunreinigungen sein, die die Verbindung schwächen könnten.“
Hatelt ergänzt, dass eine Reinigung des Arbeitsbereichs notwendig sei, aber die Vorbereitung vor dem Schweißen könne auch das Anfasen des Materials umfassen, um eine ordnungsgemäße Haftung und Festigkeit der Schweißnaht zu gewährleisten.
Beim Schweißen von Edelstahl ist die Wahl des richtigen Schweißzusatzwerkstoffs für die jeweilige Edelstahlsorte entscheidend. Edelstahl ist besonders empfindlich und erfordert Schweißnähte, die für denselben Werkstofftyp zertifiziert sind. Beispielsweise benötigt der Grundwerkstoff 316 auch Schweißzusatzwerkstoff 316. Schweißer können nicht einfach irgendeinen Schweißzusatzwerkstoff verwenden; jede Edelstahlsorte erfordert einen spezifischen Zusatzwerkstoff 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 sich die Temperatur der Schweißnaht und des Werkstücks während des Aufheizens messen lässt, denn wenn im Edelstahl ein Riss entsteht, ist das Werkstück praktisch unbrauchbar.“
Radaelli fügte hinzu, dass der Schweißer darauf achten müsse, nicht lange an derselben Stelle zu verweilen. Mehrlagenschweißen sei eine hervorragende Methode, um eine Überhitzung des Grundmaterials zu verhindern. Längeres Schweißen von Edelstahl könne zu Überhitzung und Rissbildung führen.
„Das Schweißen von Edelstahl kann länger dauern, aber es ist auch eine Kunst, die geschickte Hände erfordert“, sagte Radaelli.
Die Nachbearbeitung nach dem Schweißen hängt stark vom Endprodukt und dessen Anwendung ab. In manchen Fällen, erklärte Miholix, ist die Schweißnaht später nicht sichtbar, sodass nur eine geringfügige Nachbearbeitung nötig ist und eventuelle Schweißspritzer schnell entfernt werden können. In anderen Fällen muss die Schweißnaht lediglich begradigt oder gereinigt werden, eine spezielle Oberflächenvorbereitung ist jedoch nicht erforderlich. Soll eine feine oder spiegelglatte Oberfläche erzielt werden, können aufwendigere Polierschritte notwendig sein. Es kommt eben auf die jeweilige Anwendung an.
„Das Problem ist nicht die Farbe“, sagte Miholic. „Diese Verfärbung der Oberfläche deutet darauf hin, dass sich die Eigenschaften des Metalls verändert haben und es nun oxidieren/rosten kann.“
Die Wahl eines Werkzeugs mit variabler Drehzahl spart Zeit und Geld und ermöglicht dem Bediener die individuelle Anpassung der Oberflächenbeschaffenheit.
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. Eine unsachgemäße Reinigung kann die Bildung einer Passivierungsschicht verhindern. Daher empfehlen viele Experten die manuelle Reinigung dieser Schweißteile.
„Bei der manuellen Reinigung reicht die Zeit nicht aus, um eine Passivierungsschicht zu bilden, wenn man nicht 24 oder 48 Stunden lang Sauerstoff mit der Oberfläche reagieren lässt“, erklärte Douville. Er erläuterte, dass die Oberfläche Sauerstoff benötigt, um mit dem Chrom in der Legierung zu reagieren und eine Passivierungsschicht zu bilden. In manchen Betrieben ist es üblich, Teile zu reinigen, zu verpacken und sofort zu versenden, was den Prozess verlangsamt und das Korrosionsrisiko erhöht.
Hersteller und Schweißer verwenden üblicherweise verschiedene Werkstoffe. Wie bereits erwähnt, bringt die Verwendung von Edelstahl jedoch einige Einschränkungen mit sich. Eine sorgfältige Reinigung des Werkstücks ist ein guter erster Schritt, aber nur so gut wie die Umgebungsbedingungen.
Hatelt berichtete, dass er weiterhin mit kontaminierten Arbeitsplätzen konfrontiert sei. Entscheidend sei es, Kohlenstoff aus der Arbeitsumgebung bei der Edelstahlverarbeitung zu entfernen. 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 die benötigten Werkzeuge nicht beschafft werden könnten.
„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 und Rost verunreinigt. Bei einer gegenseitigen Verunreinigung lassen sie sich nicht mehr reinigen.“
Laut Hatelt müssen die Geschäfte separate Werkzeuge für die Materialvorbereitung verwenden und diese außerdem mit „Nur Edelstahl“ kennzeichnen, um unnötige Verunreinigungen zu vermeiden.
Bei der Auswahl von Werkzeugen zur Vorbereitung des Edelstahlschweißens sollten Betriebe viele Faktoren berücksichtigen, darunter Wärmeableitungsmöglichkeiten, Mineralart, Geschwindigkeit und Korngröße.
„Die Wahl eines wärmeableitenden, beschichteten Schleifmittels ist ein guter Anfang“, sagte Miholix. „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 fließt, anstatt sich genau dort zu stauen, wo gerade geschliffen wird. In diesem Punkt war es perfekt.“
Die Wahl des Schleifmittels hängt auch vom gewünschten Erscheinungsbild der Oberfläche ab, fügt sie hinzu. Es ist letztendlich Geschmackssache. Aluminiumoxid-Schleifmittel sind mit Abstand die am häufigsten verwendeten in den letzten Arbeitsschritten. 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 eine spezielle oder einzigartige Oberflächenbeschaffenheit wünscht, sollte er sich am besten mit dem Lieferanten in Verbindung setzen.
„Die Drehzahl ist ein großes Problem“, sagte Hatelt. „Verschiedene Werkzeuge benötigen unterschiedliche Drehzahlen und laufen oft zu schnell. Die richtige Drehzahl liefert die bestmöglichen Ergebnisse, sowohl hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit als auch der Qualität. Finden Sie heraus, welches Finish Sie wünschen und wie Sie es messen können.“
Douville ergänzte, 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 die individuelle Anpassung der Oberflächengüte.
Die Körnung ist bei der Auswahl eines Schleifmittels ebenfalls 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 Körnung 120 (fein) und Körnung 220 (sehr fein) übergehen und Edelstahl eine Oberflächengüte von 4.0 erreichen.
„Es könnten nur drei Schritte sein“, sagte Radaelli. „Wenn der Bediener jedoch große Schweißnähte bearbeiten muss, kann er nicht mit einer 60er oder 80er Körnung beginnen und muss möglicherweise eine 24er (sehr grobe) oder 36er (grobe) Körnung wählen. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt und kann das Entfernen tiefer Kratzer im Material erschweren.“
Auch die Verwendung eines Anti-Spritzer-Sprays oder -Gels kann für Schweißer äußerst hilfreich sein, wird aber beim Schweißen von Edelstahl oft vernachlässigt, so Douville. Spritzer müssen entfernt werden, was die Oberfläche zerkratzen, zusätzliche Schleifvorgänge erfordern und mehr Zeit in Anspruch nehmen kann. Dieser Schritt lässt sich mit einem Spritzschutzsystem problemlos vermeiden.
Lindsay Luminoso, stellvertretende Redakteurin, schreibt Beiträge für Canadian Metalworking und Canadian Fabricating & Welding. Lindsay Luminoso, stellvertretende Redakteurin, schreibt Beiträge für Canadian Metalworking und Canadian Fabricating & Welding. Lindsy Luminosos, ein Experte, der sich mit Canadian Metalworking und Canadian Fabricating & Welding beschäftigt hat. Lindsey Luminoso, stellvertretende Redakteurin, schreibt Beiträge für Canadian Metalworking und Canadian Fabricating & Welding.Lindsey Luminoso, Redakteurin, schreibt für Metal Fabrication Canada und Fabrication and Welding Canada. Von 2014 bis 2016 war sie Redakteurin und Webredakteurin bei Metal Fabrication Canada und zuletzt Redakteurin in der Designabteilung.
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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