Edelstahl ist nicht unbedingt schwierig zu verarbeiten, doch das Schweißen erfordert besondere Sorgfalt. Er leitet Wärme nicht so gut ab wie Baustahl oder Aluminium und kann bei zu starker Erhitzung an Korrosionsbeständigkeit einbüßen. Bewährte Verfahren tragen dazu bei, seine Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Bild: Miller Electric
Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl macht ihn zu einer attraktiven Wahl für viele kritische Rohrleitungsanwendungen, darunter in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie (insbesondere für hochreine Produkte), der Pharmaindustrie, der Druckbehälterindustrie und der petrochemischen Industrie. Allerdings leitet dieses Material Wärme nicht so gut ab wie Baustahl oder Aluminium, und unsachgemäßes Schweißen kann seine Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. Zu hohe Hitzeeinwirkung und die Verwendung des falschen Schweißzusatzwerkstoffs sind zwei häufige Ursachen.
Die Einhaltung bewährter Verfahren beim Edelstahlschweißen trägt zur Verbesserung der Ergebnisse bei und gewährleistet den Erhalt der Korrosionsbeständigkeit des Metalls. Darüber hinaus kann die Optimierung des Schweißprozesses die Produktivität steigern, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.
Beim Schweißen von Edelstahl ist die Wahl des Schweißzusatzwerkstoffs entscheidend für die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts. Schweißzusatzwerkstoffe für Edelstahlrohre müssen die Schweißleistung verbessern und für die jeweilige Anwendung geeignet sein.
Achten Sie auf Schweißzusatzwerkstoffe mit der Kennzeichnung „L“, wie z. B. ER308L, da diese einen geringeren maximalen Kohlenstoffgehalt aufweisen. Dies trägt zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit von niedriggekohlten Edelstählen bei. Das Schweißen eines niedriggekohlten Grundwerkstoffs mit Standard-Schweißzusatzwerkstoffen erhöht den Kohlenstoffgehalt der Schweißverbindung und damit das Korrosionsrisiko. Vermeiden Sie Schweißzusatzwerkstoffe mit der Kennzeichnung „H“, da diese einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen und für Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen bei erhöhten Temperaturen vorgesehen sind.
Beim Schweißen von Edelstahl ist es wichtig, einen Schweißzusatzwerkstoff mit geringen Spurenanteilen (auch Verunreinigungen genannt) an Elementen zu wählen. Dabei handelt es sich um Restelemente in den Rohstoffen, aus denen der Schweißzusatzwerkstoff hergestellt wird, darunter Antimon, Arsen, Phosphor und Schwefel. Diese können die Korrosionsbeständigkeit des Materials erheblich beeinträchtigen.
Da Edelstahl sehr empfindlich auf Wärmeeinwirkung reagiert, spielen die Nahtvorbereitung und die korrekte Montage eine entscheidende Rolle für die Wärmekontrolle und den Erhalt der Materialeigenschaften. Spalten zwischen den Teilen oder ungleichmäßige Passung erfordern ein längeres Verweilen des Brenners an einer Stelle und den Einsatz von mehr Schweißzusatzwerkstoff. Dies kann zu einem Wärmestau im betroffenen Bereich und in der Folge zu einer Überhitzung des Bauteils führen. Eine ungenaue Passung kann zudem das Überbrücken des Spalts und das Erreichen der erforderlichen Schweißnahttiefe erschweren. Achten Sie daher darauf, die Teile so genau wie möglich an den Edelstahl anzupassen.
Die Reinheit des Materials ist ebenfalls von großer Bedeutung. Bereits geringste Verunreinigungen in Schweißverbindungen können zu Defekten führen, die die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Endprodukts beeinträchtigen. Reinigen Sie das Substrat vor dem Schweißen mit einer speziellen Edelstahlbürste, die zuvor nicht für Kohlenstoffstahl oder Aluminium verwendet wurde.
Bei Edelstahl ist die Sensibilisierung die Hauptursache für den Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Dies kann auftreten, wenn die Schweißtemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit zu stark schwanken, was zu einer Veränderung des Mikrogefüges des Materials führt.
Diese Außenschweißung an einem Edelstahlrohr, die mit GMAW und kontrollierter Metallabscheidung (RMD) ohne Wurzelrückspülung geschweißt wurde, ist in Aussehen und Qualität mit GTAW-Rückspülschweißungen vergleichbar.
Ein wesentlicher Bestandteil der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl ist Chromoxid. Ist der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht jedoch zu hoch, bildet sich Chromcarbid. Dieses bindet Chrom und verhindert die Bildung des gewünschten Chromoxids, welches dem Edelstahl seine Korrosionsbeständigkeit verleiht. Fehlt es an Chromoxid, weist das Material nicht die gewünschten Eigenschaften auf und korrodiert.
Die Vermeidung von Sensibilisierung hängt von der Wahl des Schweißzusatzwerkstoffs und der Wärmeeinbringung ab. Wie bereits erwähnt, ist es beim Schweißen von Edelstahl wichtig, einen Schweißzusatzwerkstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu verwenden. In manchen Fällen ist Kohlenstoff jedoch erforderlich, um die Festigkeit für bestimmte Anwendungen zu gewährleisten. Die Temperaturkontrolle ist besonders wichtig, wenn kohlenstoffarme Schweißzusatzwerkstoffe nicht geeignet sind.
Minimieren Sie die Zeit, in der die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, typischerweise 500 bis 800 °C (950 bis 1500 °F). Je kürzer die Lötzeit in diesem Temperaturbereich ist, desto weniger Wärme entsteht. Überprüfen und überwachen Sie während des gesamten Lötprozesses stets die Temperatur zwischen den einzelnen Lagen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Schweißzusätze mit Legierungsbestandteilen wie Titan und Niob zu verwenden, um die Bildung von Chromcarbid zu verhindern. Da diese Bestandteile auch die Festigkeit und Zähigkeit beeinflussen, sind diese Schweißzusätze nicht für alle Anwendungen geeignet.
Das Wolfram-Inertgas-Wurzelschweißen (WIG) ist ein traditionelles Verfahren zum Schweißen von Edelstahlrohren. Üblicherweise ist dabei eine Argon-Rückspülung erforderlich, um Oxidation an der Schweißnahtunterseite zu verhindern. Allerdings werden Drahtschweißverfahren für Edelstahlrohre immer häufiger eingesetzt. In diesen Fällen ist es wichtig zu verstehen, wie sich verschiedene Schutzgase auf die Korrosionsbeständigkeit des Materials auswirken.
Beim Schweißen von Edelstahl mit dem Schutzgas (MSG) wurden traditionell Argon und Kohlendioxid, ein Argon-Sauerstoff-Gemisch oder ein Dreigasgemisch (Helium, Argon und Kohlendioxid) verwendet. Typischerweise enthalten diese Gemische hauptsächlich Argon oder Helium und weniger als 5 % Kohlendioxid, da Kohlendioxid Kohlenstoff in das Schmelzbad einbringt und das Risiko der Sensibilisierung erhöht. Reines Argon wird für das MSG-Schweißen von Edelstahl nicht empfohlen.
Fülldraht für Edelstahl ist für die Verwendung mit einem herkömmlichen Gemisch aus 75 % Argon und 25 % Kohlendioxid ausgelegt. Das Flussmittel enthält Inhaltsstoffe, die eine Verunreinigung der Schweißnaht durch Kohlenstoff aus dem Schutzgas verhindern.
Mit der Weiterentwicklung der GMAW-Verfahren wurde das Schweißen von Rohren und Edelstahlleitungen vereinfacht. Obwohl für einige Anwendungen weiterhin das GTAW-Verfahren erforderlich sein mag, bieten moderne Drahtverarbeitungsverfahren in vielen Edelstahlanwendungen vergleichbare Qualität und höhere Produktivität.
Innenschweißnähte aus Edelstahl, die mit GMAW RMD hergestellt wurden, sind in Qualität und Aussehen mit den entsprechenden Außenschweißnähten vergleichbar.
Eine Wurzellage, die mit einem modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahren wie Millers kontrollierter Metallabscheidung (RMD) erzielt wird, verhindert bei bestimmten Anwendungen mit austenitischem Edelstahl das Rückspülen. Im Anschluss an die RMD-Wurzellage kann das Füllen und Verschließen durch Impuls-GMAW- oder Fülldrahtschweißen erfolgen. Diese Methode spart Zeit und Kosten im Vergleich zum rückspülenden WIG-Schweißen, insbesondere bei großen Rohren.
RMD nutzt präzise gesteuerten Kurzschluss-Metallübergang, um einen ruhigen, stabilen Lichtbogen und ein gleichmäßiges Schmelzbad zu erzeugen. Dies reduziert das Risiko von Kaltverschweißung und unvollständiger Verschweißung, verringert die Spritzerbildung und verbessert die Qualität der Wurzellage. Der präzise gesteuerte Metallübergang gewährleistet zudem eine gleichmäßige Tropfenablagerung und ermöglicht eine einfachere Kontrolle des Schmelzbades und somit der Wärmeeinbringung und Schweißgeschwindigkeit.
Unkonventionelle Verfahren können die Schweißproduktivität steigern. Mit RMD lassen sich Schweißgeschwindigkeiten von 15 bis 30 cm/min erreichen. Da das Verfahren die Produktivität ohne zusätzliche Erwärmung der Werkstücke erhöht, trägt es zum Erhalt der Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl bei. Die Reduzierung des Wärmeeintrags hilft zudem, die Verformung des Substrats zu minimieren.
Dieses gepulste GMAW-Verfahren ermöglicht kürzere Lichtbogenlängen, schmalere Lichtbogenkegel und einen geringeren Wärmeeintrag als herkömmliches gepulstes Sprühschweißen. Da der Prozess in einem geschlossenen System stattfindet, werden Lichtbogendrift und Schwankungen des Abstands zwischen Düse und Werkstück nahezu vollständig eliminiert. Dies vereinfacht die Führung des Schmelzbades sowohl beim Schweißen vor Ort als auch bei der Fernschweißung. Die Kombination von gepulstem GMAW für die Füll- und Decklage mit RMD für die Wurzellage ermöglicht schließlich das Schweißen mit nur einem Draht und einem einzigen Schutzgas, wodurch die Umrüstzeiten verkürzt werden.
Tube & Pipe Journal seit 1990. Tube & Pipe Journal 1990 Tube & Pipe Journal wurde im Jahr 1990 vor Kurzem gegründet und ist seit 1990 in der Metallindustrie tätig. Tube & Pipe Journal wurde 1990 als erstes Magazin speziell für die Metallrohrindustrie herausgegeben.Auch heute noch ist sie die einzige Fachpublikation dieser Art in Nordamerika und hat sich zur vertrauenswürdigsten Informationsquelle für Rohrleitungsfachleute entwickelt.
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