F: Wir haben vor kurzem mit einigen Arbeiten begonnen, bei denen einige Komponenten hauptsächlich aus Edelstahl 304 gefertigt sein müssen, der mit sich selbst und Weichstahl verschweißt ist.Wir haben einige Probleme mit Schweißnahtrissen zwischen Edelstahl und Edelstahl mit einer Dicke von bis zu 1,25 Zoll festgestellt.Es wurde erwähnt, dass wir niedrige Ferritwerte haben.Können Sie erklären, was es ist und wie man es beheben kann?
A: Das ist eine gute Frage.Ja, wir können Ihnen helfen zu verstehen, was niedriger Ferritgehalt bedeutet und wie man ihn verhindern kann.
Schauen wir uns zunächst die Definition von Edelstahl (SS) und die Beziehung zwischen Ferrit und Schweißverbindungen an.Schwarzer Stahl und Legierungen enthalten über 50 % Eisen.Dazu gehören alle Kohlenstoff- und Edelstähle sowie bestimmte andere Gruppen.Aluminium, Kupfer und Titan enthalten kein Eisen und sind daher hervorragende Beispiele für Nichteisenlegierungen.
Die Hauptbestandteile dieser Legierung sind Kohlenstoffstahl mit einem Eisengehalt von mindestens 90 % und Edelstahl mit einem Eisengehalt von 70 bis 80 %.Um als SS eingestuft zu werden, muss es mindestens 11,5 % Chrom enthalten.Chromgehalte über diesem Mindestschwellenwert fördern die Bildung eines Chromoxidfilms auf Stahloberflächen und verhindern die Bildung von Oxidation wie Rost (Eisenoxid) oder Korrosion durch chemische Angriffe.
Edelstahl wird hauptsächlich in drei Gruppen eingeteilt: austenitisch, ferritisch und martensitisch.Ihr Name leitet sich von der Kristallstruktur bei Raumtemperatur ab, aus der sie bestehen.Eine weitere häufige Gruppe ist Duplex-Edelstahl, der ein Gleichgewicht zwischen Ferrit und Austenit in der Kristallstruktur aufweist.
Austenitische Sorten der 300er-Serie enthalten 16 bis 30 % Chrom und 8 bis 40 % Nickel und bilden eine überwiegend austenitische Kristallstruktur.Während des Stahlherstellungsprozesses werden Stabilisatoren wie Nickel, Kohlenstoff, Mangan und Stickstoff hinzugefügt, um das Austenit-Ferrit-Verhältnis zu bilden.Einige gängige Qualitäten sind 304, 316 und 347. Bietet gute Korrosionsbeständigkeit;werden hauptsächlich in der Lebensmittel-, Chemie-, Pharma- und Kryoindustrie eingesetzt.Die Kontrolle der Ferritbildung sorgt für eine hervorragende Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen.
Ferritischer SS ist eine Sorte der 400er-Serie, die vollständig magnetisch ist, 11,5 % bis 30 % Chrom enthält und eine überwiegend ferritische Kristallstruktur aufweist.Um die Bildung von Ferrit zu fördern, werden bei der Stahlherstellung als Stabilisatoren Chrom, Silizium, Molybdän und Niob eingesetzt.Diese Arten von Edelstahl werden üblicherweise in Abgassystemen und Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen verwendet und haben begrenzte Anwendungen bei hohen Temperaturen.Mehrere häufig verwendete Typen: 405, 409, 430 und 446.
Martensitische Sorten, auch als 400er-Serie bezeichnet, wie 403, 410 und 440, sind magnetisch, enthalten 11,5 % bis 18 % Chrom und haben eine martensitische Kristallstruktur.Diese Kombination hat den niedrigsten Goldgehalt und ist daher am kostengünstigsten in der Herstellung.Sie bieten eine gewisse Korrosionsbeständigkeit und überlegene Festigkeit und werden häufig in Geschirr, zahnärztlicher und chirurgischer Ausrüstung, Kochgeschirr und einigen Arten von Werkzeugen verwendet.
Wenn Sie Edelstahl schweißen, bestimmen die Art des Substrats und seine Verwendung im Betrieb, welches Schweißzusatzwerkstoff geeignet ist.Wenn Sie ein Schutzgasverfahren verwenden, müssen Sie möglicherweise besonders auf Schutzgasmischungen achten, um bestimmte Probleme beim Schweißen zu vermeiden.
Um den 304 mit sich selbst zu verlöten, benötigen Sie eine E308/308L-Elektrode.„L“ steht für Low Carbon, was hilft, interkristalline Korrosion zu verhindern.Der Kohlenstoffgehalt dieser Elektroden liegt unter 0,03 %, bei Überschreitung dieses Wertes steigt die Gefahr der Kohlenstoffablagerung an den Korngrenzen und der Chrombindung zu Chromkarbiden, was die Korrosionsbeständigkeit des Stahls wirksam verringert.Dies wird deutlich, wenn in der Wärmeeinflusszone (HAZ) von Edelstahlschweißnähten Korrosion auftritt.Ein weiterer Gesichtspunkt für Edelstahl der Klasse L ist, dass er bei erhöhten Betriebstemperaturen eine geringere Zugfestigkeit aufweist als reine Edelstahlsorten.
Da es sich bei 304 um einen austenitischen Edelstahltyp handelt, enthält das entsprechende Schweißgut den größten Teil des Austenits.Die Elektrode selbst enthält jedoch einen Ferritstabilisator, beispielsweise Molybdän, um die Bildung von Ferrit im Schweißgut zu fördern.Hersteller geben normalerweise einen typischen Bereich für die Ferritmenge für ein Schweißgut an.Wie bereits erwähnt ist Kohlenstoff ein starker austenitischer Stabilisator und aus diesen Gründen ist es wichtig, seine Zugabe zum Schweißgut zu verhindern.
Ferritzahlen werden aus dem Scheffler-Diagramm und dem WRC-1992-Diagramm abgeleitet, die Nickel- und Chrom-Äquivalentformeln verwenden, um den Wert zu berechnen, der bei der Auftragung in das Diagramm eine normalisierte Zahl ergibt.Eine Ferritzahl zwischen 0 und 7 entspricht dem Volumenprozentsatz der im Schweißgut vorhandenen ferritischen Kristallstruktur. Bei höheren Prozentsätzen steigt die Ferritzahl jedoch schneller an.Denken Sie daran, dass Ferrit in SS nicht dasselbe wie Kohlenstoffstahlferrit ist, sondern eine Phase namens Deltaferrit.Austenitischer Edelstahl durchläuft keine Phasenumwandlungen, die mit Hochtemperaturprozessen wie Wärmebehandlungen einhergehen.
Die Bildung von Ferrit ist wünschenswert, da es duktiler als Austenit ist, muss jedoch kontrolliert werden.Der niedrige Ferritgehalt kann Schweißnähten in manchen Anwendungen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit verleihen, sie sind jedoch beim Schweißen äußerst anfällig für Heißrisse.Für den allgemeinen Gebrauch sollte die Anzahl der Ferrite zwischen 5 und 10 liegen, einige Anwendungen erfordern jedoch möglicherweise niedrigere oder höhere Werte.Mit einem Ferrit-Indikator lassen sich Ferrite am Arbeitsplatz leicht überprüfen.
Da Sie erwähnt haben, dass Sie Probleme mit Rissen und niedrigem Ferritgehalt haben, sollten Sie sich Ihr Zusatzmetall genau ansehen und sicherstellen, dass es genügend Ferrite produziert – etwa 8 sollten ausreichen.Wenn Sie außerdem das Flussmittel-Lichtbogenschweißen (FCAW) verwenden, verwenden diese Zusatzwerkstoffe typischerweise ein Schutzgas aus 100 % Kohlendioxid oder einer Mischung aus 75 % Argon und 25 % CO2, was dazu führen kann, dass das Schweißgut Kohlenstoff absorbiert.Sie können auf das Metalllichtbogenschweißverfahren (GMAW) umsteigen und eine Mischung aus 98 % Argon und 2 % Sauerstoff verwenden, um die Möglichkeit von Kohlenstoffablagerungen zu reduzieren.
Beim Schweißen von Edelstahl mit Kohlenstoffstahl muss der Zusatzwerkstoff E309L verwendet werden.Dieses Zusatzwerkstoff wird speziell zum Schweißen unterschiedlicher Metalle verwendet und bildet eine gewisse Menge Ferrit, nachdem sich Kohlenstoffstahl in der Schweißnaht aufgelöst hat.Da Kohlenstoffstahl etwas Kohlenstoff absorbiert, werden dem Zusatzwerkstoff Ferritstabilisatoren zugesetzt, um der Tendenz von Kohlenstoff zur Bildung von Austenit entgegenzuwirken.Dies trägt dazu bei, thermische Risse beim Schweißen zu verhindern.
Abschließend gilt: Wenn Sie Heißrisse in austenitischen Edelstahlschweißnähten reparieren möchten, prüfen Sie, ob ausreichend Ferrit-Füllmetall vorhanden ist, und befolgen Sie die gute Schweißpraxis.Halten Sie die Wärmezufuhr unter 50 kJ/Zoll, halten Sie moderate bis niedrige Temperaturen zwischen den Durchgängen ein und stellen Sie sicher, dass die Lötstellen vor dem Löten sauber sind.Verwenden Sie ein geeignetes Messgerät, um die Menge an Ferrit auf der Schweißnaht zu prüfen. Ziel ist ein Wert von 5–10.
WELDER, früher „Practical Welding Today“ genannt, vertritt die echten Menschen, die die Produkte herstellen, die wir täglich verwenden und mit denen wir arbeiten.Dieses Magazin dient der Schweißergemeinschaft in Nordamerika seit über 20 Jahren.
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