Edelstahl ist nicht unbedingt schwer zu bearbeiten, aber das Schweißen erfordert viel Liebe zum Detail. Es leitet keine Wärme ab wie Baustahl oder Aluminium und kann an Korrosionsbeständigkeit verlieren, wenn man ihm zu viel Hitze zuführt. Best Practices tragen dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten. Bild: Miller Electric
Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl macht ihn zu einer attraktiven Wahl für viele kritische Rohranwendungen, einschließlich hochreiner Lebensmittel- und Getränkeanwendungen, pharmazeutischer Anwendungen, Druckbehälter und petrochemischer Anwendungen. Allerdings leitet dieses Material keine Wärme ab wie Weichstahl oder Aluminium, und unsachgemäßes Schweißen kann seine Korrosionsbeständigkeit verringern. Zu hohe Wärmezufuhr und die Verwendung des falschen Füllmetalls sind zwei Übeltäter.
Das Befolgen einiger Best Practices für das Schweißen von Edelstahl kann dazu beitragen, die Ergebnisse zu verbessern und sicherzustellen, dass das Metall seine Korrosionsbeständigkeit behält. Darüber hinaus kann die Verbesserung des Schweißprozesses zu Produktivitätsvorteilen führen, ohne dass die Qualität darunter leidet.
Beim Schweißen von Edelstahlrohren ist die Auswahl des Zusatzwerkstoffs von entscheidender Bedeutung für die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts. Zusatzwerkstoffe, die zum Schweißen von Edelstahlrohren verwendet werden, sollten die Schweißleistung verbessern und die Anwendungsanforderungen erfüllen.
Suchen Sie nach Füllmetallen mit der Bezeichnung „L“, wie z. B. ER308L, da diese einen niedrigeren maximalen Kohlenstoffgehalt bieten, der dazu beiträgt, die Korrosionsbeständigkeit von kohlenstoffarmen Edelstahllegierungen aufrechtzuerhalten. Das Schweißen eines kohlenstoffarmen Grundmetalls mit Standardzusatzmetallen erhöht den Kohlenstoffgehalt der Schweißverbindung und erhöht das Korrosionsrisiko. Vermeiden Sie mit einem „H“ gekennzeichnete Zusatzmetalle, 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 Spurengehalten (auch als Verunreinigungen bezeichnet) an Elementen zu wählen. Hierbei handelt es sich um Restelemente in den Rohstoffen, die zur Herstellung von Zusatzwerkstoffen verwendet werden, darunter Antimon, Arsen, Phosphor und Schwefel. Sie können die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs stark beeinträchtigen.
Da rostfreier Stahl sehr empfindlich auf Wärmezufuhr reagiert, spielen die Vorbereitung der Verbindung und die ordnungsgemäße Montage eine Schlüsselrolle bei der Wärmekontrolle, um die Materialeigenschaften aufrechtzuerhalten. Aufgrund von Lücken zwischen Teilen oder ungleichmäßiger Passung muss der Brenner länger an einer Stelle bleiben und es ist mehr Füllmetall erforderlich, um diese Lücken zu füllen.
Die Sauberkeit dieses Materials ist ebenfalls sehr wichtig. Sehr geringe Mengen an Verunreinigungen oder Schmutz in Schweißverbindungen können zu Defekten führen, die die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Endprodukts beeinträchtigen. Um den Untergrund vor dem Schweißen zu reinigen, verwenden Sie eine Spezialbürste aus rostfreiem Stahl, die noch nicht für Kohlenstoffstahl oder Aluminium verwendet wurde.
Bei rostfreiem Stahl ist die Sensibilisierung die Hauptursache für den Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Dies kann passieren, wenn die Schweißtemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit zu stark schwanken und sich die Mikrostruktur des Materials verändert.
Diese Außenschweißnaht an Edelstahlrohren, die mit GMAW und regulierter Metallauftragung (RMD) ohne Rückspülung der Wurzellage geschweißt wird, ähnelt in Aussehen und Qualität den Schweißnähten, die mit rückgespültem GTAW hergestellt wurden.
Ein wesentlicher Bestandteil der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl ist Chromoxid. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht zu hoch ist, bildet sich Chromkarbid. Diese binden das Chrom und verhindern die Bildung des gewünschten Chromoxids, das Edelstahl Korrosionsbeständigkeit verleiht. Wenn nicht genügend Chromoxid vorhanden ist, weist das Material nicht die gewünschten Eigenschaften auf und es kommt zu Korrosion.
Die Verhinderung einer Sensibilisierung hängt von der Auswahl des Zusatzwerkstoffs und der Kontrolle der Wärmezufuhr ab. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, einen Zusatzwerkstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt für das Schweißen von Edelstahl zu wählen. Bei bestimmten Anwendungen ist jedoch manchmal Kohlenstoff erforderlich, um die Festigkeit zu gewährleisten. Die Wärmekontrolle ist besonders wichtig, wenn Zusatzwerkstoffe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt keine Option sind.
Minimieren Sie die Zeitspanne, in der die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone bei erhöhten Temperaturen bleiben – üblicherweise bei 500 bis 800 Grad Celsius (950 bis 1.500 Grad Fahrenheit).
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Zusatzwerkstoffen mit Legierungsbestandteilen wie Titan und Niob, um die Bildung von Chromkarbid zu verhindern. Da diese Bestandteile auch die Festigkeit und Zähigkeit beeinflussen, können diese Zusatzwerkstoffe nicht in allen Anwendungen eingesetzt werden.
Das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) für die Wurzellage ist die traditionelle Methode zum Schweißen von Edelstahlrohren. Dies erfordert normalerweise eine Rückspülung von Argon, um eine Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht zu verhindern. Allerdings werden bei Edelstahlrohren immer häufiger Drahtschweißverfahren eingesetzt. Bei diesen Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie sich die verschiedenen Schutzgase auf die Korrosionsbeständigkeit des Materials auswirken.
Beim Schweißen von Edelstahl im Metall-Lichtbogenschweißverfahren (MSG) werden traditionell Argon und Kohlendioxid, eine Mischung aus Argon und Sauerstoff oder eine Dreigasmischung (Helium, Argon und Kohlendioxid) verwendet. Typischerweise enthalten diese Mischungen 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 MSG auf Edelstahl nicht empfohlen.
Fülldraht für Edelstahl ist für den Betrieb mit einer herkömmlichen Mischung aus 75 % Argon und 25 % Kohlendioxid ausgelegt. Flussmittel enthält Bestandteile, die verhindern sollen, dass Kohlenstoff aus dem Schutzgas die Schweißnaht verunreinigt.
Mit der Weiterentwicklung der GMAW-Verfahren wurde das Schweißen von Edelstahlrohren vereinfacht. Auch wenn für einige Anwendungen immer noch GTAW-Verfahren erforderlich sind, können fortschrittliche Drahtverfahren in vielen Edelstahlanwendungen eine ähnliche Qualität und höhere Produktivität bieten.
Mit GMAW RMD hergestellte Innenschweißnähte aus rostfreiem Stahl ähneln in Qualität und Aussehen den entsprechenden Außenschweißnähten.
Der Wurzeldurchgang mit einem modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahren wie Millers Regulated Metal Deposition (RMD) eliminiert die Rückspülung bei einigen austenitischen Edelstahlanwendungen. Auf den RMD-Wurzeldurchgang können gepulste GMAW- oder Füll- und Kappendurchgänge zum Lichtbogenschweißen mit Fülldraht folgen – eine Änderung, die im Vergleich zur Verwendung von GTAW mit Rückspülung Zeit und Geld spart, insbesondere bei größeren Rohren.
RMD nutzt eine präzise kontrollierte Kurzschluss-Metallübertragung, um einen ruhigen, stabilen Lichtbogen und eine Schweißpfütze zu erzeugen. Dies führt zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit kalter Überlappungen oder mangelnder Schweißung, weniger Spritzern und einer höheren Rohrwurzellage. Die präzise kontrollierte Metallübertragung sorgt außerdem für eine gleichmäßige Tröpfchenablagerung und eine einfachere Kontrolle des Schweißbades und damit der Wärmezufuhr und Schweißgeschwindigkeit.
Unkonventionelle Prozesse können die Schweißproduktivität steigern. Bei Verwendung eines RMD kann die Schweißgeschwindigkeit 6 bis 12 Zoll/min betragen. Da der Prozess die Produktivität ohne zusätzliche Erwärmung der Teile steigert, trägt er dazu bei, die Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl zu erhalten. Der reduzierte Wärmeeintrag des Prozesses hilft auch, die Verformung des Substrats zu kontrollieren.
Dieses gepulste GMAW-Verfahren bietet kürzere Lichtbogenlängen, schmalere Lichtbogenkegel und weniger Wärmeeintrag als herkömmliche Sprühimpulsübertragung. Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, sind Lichtbogendrift und Schwankungen des Abstands zwischen Spitze und Werkstück praktisch eliminiert.
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