Edelstahl ist nicht unbedingt schwer zu bearbeiten, aber beim Schweißen ist besondere Sorgfalt erforderlich. Er leitet die Wärme nicht so gut ab wie Weichstahl oder Aluminium und kann bei zu hoher Hitze etwas an Korrosionsbeständigkeit verlieren. Bewährte Verfahren tragen dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Bild: Miller Electric
Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit ist Edelstahl eine attraktive Wahl für viele kritische Rohranwendungen, darunter hochreine Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutika, Druckbehälter und petrochemische Anwendungen. Allerdings leitet dieses Material die Wärme nicht so gut ab wie Weichstahl oder Aluminium, und unsachgemäßes Schweißen kann seine Korrosionsbeständigkeit verringern. Zu hohe Wärmezufuhr und die Verwendung des falschen Füllmetalls sind zwei der Ursachen.
Durch Befolgen einiger bewährter Verfahren zum Schweißen von Edelstahl können Sie die Ergebnisse verbessern und sicherstellen, dass das Metall seine Korrosionsbeständigkeit behält. Darüber hinaus kann die Verbesserung des Schweißprozesses zu Produktivitätsvorteilen führen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.
Beim Schweißen von Edelstahl ist die Auswahl des Füllmetalls für die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts von entscheidender Bedeutung. Füllmetalle, die zum Schweißen von Edelstahlrohren verwendet werden, sollten die Schweißleistung verbessern und die Anwendungsanforderungen erfüllen.
Suchen Sie nach Schweißzusätzen mit der Kennzeichnung „L“, wie etwa ER308L, da diese einen niedrigeren maximalen Kohlenstoffgehalt aufweisen, der dazu beiträgt, die Korrosionsbeständigkeit von kohlenstoffarmen Edelstahllegierungen aufrechtzuerhalten. Das Schweißen eines kohlenstoffarmen Basismetalls mit Standardschweißzusätzen erhöht den Kohlenstoffgehalt der Schweißverbindung und damit das Korrosionsrisiko. Vermeiden Sie Schweißzusätze mit der Kennzeichnung „H“, da diese einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen und für Anwendungen konzipiert sind, die eine höhere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen erfordern.
Beim Schweißen von Edelstahl ist es außerdem wichtig, ein Schweißzusatzwerkstoff mit geringen Spurenelementen (auch Verunreinigungen genannt) zu wählen. Dabei handelt es sich um Restelemente in den zur Herstellung von Schweißzusatzwerkstoffen verwendeten Rohstoffen, darunter Antimon, Arsen, Phosphor und Schwefel. Sie können die Korrosionsbeständigkeit des Materials stark beeinträchtigen.
Da Edelstahl sehr empfindlich auf Wärmezufuhr reagiert, spielen die Vorbereitung der Verbindung und die ordnungsgemäße Montage eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle der Wärme, um die Materialeigenschaften aufrechtzuerhalten. Aufgrund von Lücken zwischen den Teilen oder ungleichmäßiger Passung muss der Brenner länger an einer Stelle bleiben und es wird mehr Füllmetall benötigt, um diese Lücken zu füllen. Dies kann dazu führen, dass sich in dem betroffenen Bereich Hitze staut, was das Teil überhitzen kann. Eine schlechte Passung kann es auch schwieriger machen, die Lücke zu überbrücken und die notwendige Schweißdurchdringung zu erreichen. Achten Sie darauf, dass die Teile so perfekt wie möglich in den Edelstahl passen.
Auch die Sauberkeit dieses Materials ist sehr wichtig. Schon kleinste Verunreinigungen oder Schmutz in Schweißverbindungen können Defekte verursachen, die die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Endprodukts verringern. Um den Untergrund vor dem Schweißen zu reinigen, verwenden Sie eine spezielle Edelstahlbürste, die noch nicht für Kohlenstoffstahl oder Aluminium verwendet wurde.
Bei Edelstahl ist die Sensibilisierung die Hauptursache für den Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Dies kann passieren, wenn Schweißtemperatur und Abkühlgeschwindigkeit zu stark schwanken und sich dadurch die Mikrostruktur des Materials verändert.
Diese AD-Schweißnaht an einem Edelstahlrohr, die mit GMAW und regulierter Metallabscheidung (RMD) ohne Rückspülung der Wurzellage geschweißt wurde, ähnelt in Aussehen und Qualität Schweißnähten, die mit rückgespültem GTAW hergestellt wurden.
Ein wesentlicher Bestandteil der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl ist Chromoxid. Ist der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht jedoch zu hoch, bilden sich Chromkarbide. Diese binden das Chrom und verhindern die Bildung des gewünschten Chromoxids, das Edelstahl seine Korrosionsbeständigkeit verleiht. Ist nicht genügend Chromoxid vorhanden, weist das Material nicht die gewünschten Eigenschaften auf und es kommt zu Korrosion.
Die Vermeidung einer Sensibilisierung hängt von der Auswahl des Schweißzusatzwerkstoffs und der Kontrolle der Wärmezufuhr ab. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, beim Schweißen von Edelstahl einen Schweißzusatzwerkstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu wählen. Allerdings ist Kohlenstoff manchmal erforderlich, um bei bestimmten Anwendungen für Festigkeit zu sorgen. Die Wärmekontrolle ist besonders wichtig, wenn Schweißzusatzwerkstoffe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt keine Option sind.
Minimieren Sie die Zeit, in der die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind – normalerweise 500 bis 800 Grad Celsius (950 bis 1.500 Grad Fahrenheit). Je kürzer die Lötzeit in diesem Bereich ist, desto weniger Wärme wird erzeugt. Überprüfen und beobachten Sie beim Lötvorgang immer die Zwischenlagentemperatur.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Füllmetallen mit Legierungsbestandteilen wie Titan und Niob, um die Bildung von Chromkarbid zu verhindern. Da diese Bestandteile auch die Festigkeit und Zähigkeit beeinflussen, können diese Füllmetalle nicht in allen Anwendungen eingesetzt werden.
Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) für die Wurzellage ist die traditionelle Methode zum Schweißen von Edelstahlrohren. Dabei ist normalerweise eine Rückspülung mit Argon erforderlich, um eine Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht zu verhindern. Allerdings kommen bei Edelstahlrohren immer häufiger Drahtschweißverfahren zum Einsatz. Bei diesen Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie sich die verschiedenen Schutzgase auf die Korrosionsbeständigkeit des Materials auswirken.
Beim Schweißen von Edelstahl mit dem Metall-Schutzgasschweißverfahren (GMAW) werden traditionell Argon und Kohlendioxid, ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff oder ein Dreigasgemisch (Helium, Argon und Kohlendioxid) verwendet. Normalerweise enthalten diese Gemische hauptsächlich Argon oder Helium und weniger als 5 % Kohlendioxid, da Kohlendioxid dem Schweißbad Kohlenstoff zuführt und das Risiko einer Sensibilisierung erhöht. Reines Argon wird für das GMAW-Verfahren an Edelstahl nicht empfohlen.
Fülldrähte für Edelstahl sind für den Betrieb mit einer herkömmlichen Mischung aus 75 % Argon und 25 % Kohlendioxid ausgelegt. Das Flussmittel enthält Inhaltsstoffe, die verhindern sollen, dass Kohlenstoff aus dem Schutzgas die Schweißnaht verunreinigt.
Mit der Weiterentwicklung der GMAW-Verfahren wurde das Schweißen von Edelstahlrohren und -leitungen vereinfacht. Während für einige Anwendungen möglicherweise noch GTAW-Verfahren erforderlich sind, können moderne Drahtverfahren bei vielen Edelstahlanwendungen eine ähnliche Qualität und höhere Produktivität bieten.
Mit GMAW RMD hergestellte Innenschweißnähte aus Edelstahl sind in Qualität und Aussehen den entsprechenden Außenschweißnähten ähnlich.
Der Wurzeldurchgang mit einem modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahren wie Millers regulierter Metallabscheidung (RMD) macht das Rückspülen bei einigen Anwendungen mit austenitischem Edelstahl überflüssig. Auf den RMD-Wurzeldurchgang können Füll- und Deckdurchgänge mit gepulstem GMAW- oder Fülldrahtschweißen folgen – eine Änderung, die im Vergleich zur Verwendung von GTAW mit Rückspülen Zeit und Geld spart, insbesondere bei größeren Rohren.
RMD verwendet eine präzise gesteuerte Kurzschluss-Metallübertragung, um einen ruhigen, stabilen Lichtbogen und ein Schweißbad zu erzeugen. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit von Kaltüberlappungen oder mangelnder Verschmelzung, es entstehen weniger Schweißspritzer und die Qualität der Rohrwurzellage ist höher. Eine präzise gesteuerte Metallübertragung sorgt außerdem für eine gleichmäßige Tropfenablagerung und eine einfachere Kontrolle des Schweißbads und damit der Wärmezufuhr und Schweißgeschwindigkeit.
Unkonventionelle Verfahren können die Schweißproduktivität steigern. Bei Verwendung eines RMD kann die Schweißgeschwindigkeit 6 bis 12 Zoll/min betragen. Da das Verfahren die Produktivität ohne zusätzliches Erhitzen der Teile erhöht, trägt es dazu bei, die Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl zu erhalten. Die geringere Wärmezufuhr des Verfahrens trägt auch dazu bei, die Verformung des Substrats zu kontrollieren.
Dieses gepulste GMAW-Verfahren bietet kürzere Lichtbogenlängen, schmalere Lichtbogenkegel und weniger Wärmezufuhr als die herkömmliche Sprühimpulsübertragung. Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, werden Lichtbogendrift und Schwankungen des Abstands zwischen Spitze und Werkstück praktisch eliminiert. Dies ermöglicht eine einfachere Schweißbadkontrolle beim In-Place- und De-Place-Schweißen. Und schließlich ermöglicht die Kopplung von gepulstem GMAW für Füll- und Deckwulst mit RMD für Wurzelwulst, dass der Schweißvorgang mit einem Draht und einem Gas durchgeführt werden kann, wodurch Prozessumrüstzeiten entfallen.
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