Schweißen von Edelstahl

Beim Schweißen von Edelstahl muss besonders auf Materialeigenschaften, Wärmekontrolle und Sauberkeit geachtet werden, um Fehler wie Verformung, Rissbildung und Sensibilisierung zu vermeiden. Während des Schweißens erreichen die Temperaturen des an die Schweißnaht angrenzenden Edelstahls Werte, bei denen es zu mikrostrukturellen Veränderungen kommt. Daher ist das WIG-Schweißen aufgrund seiner Präzision und Eignung für die Eigenschaften von Edelstahl die am häufigsten verwendete Technik.

 

Beschreibung

 

Edelstahl wird aufgrund seiner Mikrostruktur und Zusammensetzung in verschiedene Typen eingeteilt, die seine mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit beeinflussen. Die Haupttypen sind austenitische, ferritische, martensitische, Duplex- und ausscheidungshärtende Edelstähle. Für jeden Typ gelten aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung und Anfälligkeit für Defekte wie Rissbildung oder Sensibilisierung spezifische Schweißüberlegungen und geeignete Schweißtechniken.

 

 

Edelstahltypen und Schweißtechniken

 

Bei rostfreien Stählen handelt es sich um Legierungen auf Eisenbasis, die 15 % oder mehr Chrom sowie einen bestimmten Anteil an Nickel enthalten und außergewöhnliche korrosionsbeständige Eigenschaften bieten können. Der Chromgehalt kann zusammen mit anderen Legierungselementen angepasst werden, um spezifische Endverwendungs- oder Herstellungsanforderungen zu erfüllen. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die gängigsten Edelstahltypen.

 

• √Austenitischer Edelstahl

Hoher Chromgehalt (16-26 %) und Nickel (6-22 %), häufig mit Molybdän (z. B. 304, 316). Es ist nicht magnetisch, weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine gute Formbarkeit auf und neigt zur Sensibilisierung (Karbidausfällung), wenn es über einen längeren Zeitraum Temperaturen von 450–850 Grad ausgesetzt wird, was zu interkristalliner Korrosion führt. Darüber hinaus weist es eine hohe Wärmeausdehnung und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, was die Gefahr von Verformungen erhöht. Beliebte Sorten sind 304, 304L (kohlenstoffarm), 316, 316L (kohlenstoffarm) und 321 (stabilisiert mit Titan). Aufgrund ihrer guten Korrosionsbeständigkeit werden sie häufig in der Lebensmittelverarbeitungsausrüstung, in Chemietanks, in Rohrleitungen, im Baugewerbe, in der Infrastruktur, in der Telekommunikation und in der Medizinindustrie eingesetzt.

Geeignete Schweißtechniken

1. 1. WIG-Schweißen (WIG-Schweißen) wird für dünne Abschnitte und kritische Anwendungen aufgrund der präzisen Wärmekontrolle und der Minimierung von Sensibilisierung und Verformung dringend empfohlen. Verwenden Sie Argon oder Argon-Helium als Schutzgas.
2. 2. MIG/MAG-Schweißen (GMAW) eignet sich besser für dickere Abschnitte und eine schnellere Produktion. Dabei wird ein Dreifachgas (Argon, Helium, CO2) verwendet, um den Lichtbogen zu stabilisieren und Spritzer zu reduzieren.
3. 3. Stabschweißen (SMAW) wird normalerweise für Reparaturen vor Ort oder un{1}kritische Anwendungen mit kohlenstoffarmen Elektroden (z. B. E308L für 304L) verwendet.

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• √Ferritischer Edelstahl

Hoher Chromgehalt (10,5–30 %), niedriger Nickel- und Kohlenstoffgehalt (z. B. 430), magnetische Eigenschaften, mäßige Korrosionsbeständigkeit und geringere Kosten als austenitische Sorten. Mittlerweile ist es weniger anfällig für Sensibilisierung, aber anfällig für Kornwachstum und Versprödung bei hohen Temperaturen, und es weist eine geringere Wärmeausdehnung als austenitische Sorten auf, wodurch das Risiko von Verformungen verringert wird. Die gebräuchlichsten Qualitäten sind 409, 430, 439, und diese Art von ferritischem Metall wird häufig für Automobilabgassysteme, Küchengeräte und Industrieanlagen verwendet.

Geeignete Schweißtechniken:

1. 1. WIG-Schweißen (WIG-Schweißen) eignet sich für dünne Abschnitte und qualitativ hochwertige Schweißnähte, die eine gute Kontrolle über die Wärmezufuhr ermöglichen, um Kornwachstum zu verhindern.
2. 2. MIG/MAG-Schweißen (GMAW) effektiv für dickere Materialien und schnelleres Schweißen. Verwenden Sie ein Schutzgas auf Argon--Basis mit niedrigem CO2-Gehalt, um eine übermäßige Oxidation zu vermeiden.
3. 3. Stabschweißen (SMAW), akzeptabel für nicht-kritische Anwendungen mit geeigneten Elektroden (z. B. E430).

 

• √Martensitischer Edelstahl

Hoher Chromgehalt (11,5-18 %), mäßiger Kohlenstoffgehalt und geringer Nickelgehalt (z. B. 410) und magnetisch, hohe Festigkeit und Härte, aber geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu anderen Typen. Daher ist es anfällig für wasserstoffbedingte Risse und erfordert ein Vorwärmen und eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um Sprödigkeit zu vermeiden. Es verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Wärmeausdehnung. Die gebräuchlichsten Qualitäten sind 410, 420, 440 und sie werden häufig für chirurgische Instrumente und Turbinenschaufeln verwendet.

Geeignete Schweißtechniken:

1. 1. WIG-Schweißen (GTAW), geeignet für Präzision und Kontrolle der Wärmezufuhr durch Verwendung von Argon-Schutzgas.
2. 2. Stabschweißen (SMAW), weit verbreitet für Reparaturen oder dickere Abschnitte mit passenden Elektroden (z. B. E410).
3. 3. MIG/MAG-Schweißen (GMAW), weniger verbreitet, kann aber für dickere Materialien mit kontrollierten Parametern verwendet werden.

 

• √Duplex-Edelstahl

Ausgewogene Mischung aus Austenit und Ferrit mit hohem Chromgehalt (20–30 %), Molybdän und Stickstoff (z. B. 2205) und kombiniert hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Chloridumgebungen. Allerdings ist es anfällig für die Bildung einer Sigma-Phase (spröde intermetallische Verbindung), wenn es unsachgemäß bei hohen Temperaturen geschweißt wird. Es weist eine mäßige Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit auf. Die gängigen Qualitäten sind 2205, 2507 usw. und sie werden häufig in Öl- und Gaspipelines, in der chemischen Verarbeitung und in Meeresumgebungen eingesetzt.

Geeignete Schweißtechniken:

1. 1. WIG-Schweißen (GTAW), ideal für hochwertige Schweißnähte mit kontrollierter Wärmezufuhr zur Vermeidung der Sigma-Phasenbildung durch Verwendung von Argon oder Argon-Stickstoff-Schutzgas.
2. 2. MIG/MAG-Schweißen (GMAW), geeignet für dickere Abschnitte mit geeignetem Schutzgas (Argon-Heliummischung mit niedrigem CO2-Gehalt).
3. 3. Stabschweißen (SMAW) zum Feldschweißen mit Duplex-spezifischen Elektroden (z. B. E2209).

 

• √Ausfällung-Härten von rostfreiem Stahl

Enthält Legierungselemente wie Aluminium, Kupfer oder Niob zur Verstärkung durch Wärmebehandlung (z. B. 17-4 PH) und weist eine hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit auf, was ein kontrolliertes Schweißen erfordert, um eine übermäßige Alterung oder einen Verlust der mechanischen Eigenschaften zu vermeiden. Die beliebtesten Qualitäten sind 17-4 PH und 15-5 PH und werden häufig für Luft- und Raumfahrtkomponenten, Kernreaktoren und hochfeste Verbindungselemente verwendet.

Geeignete Schweißtechniken:

1. 1. WIG-Schweißen (GTAW) für Präzision und minimale Wärmezufuhr zur Erhaltung der mechanischen Eigenschaften.
2. 2. MIG/MAG-Schweißen (GMAW), geeignet für dickere Abschnitte mit kontrollierten Parametern.

 

 

Überlegungen zum Schweißen von Edelstahl

 

Edelstahl hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung, was zu einem höheren Risiko von Verformungen und Verformungen beim Schweißen führt. Darüber hinaus besteht die Gefahr einer Sensibilisierung (Verlust der Korrosionsbeständigkeit), wenn es zu lange hohen Temperaturen ausgesetzt wird, insbesondere bei austenitischen Sorten wie 304 und 316. Um diese Schweißfehler zu vermeiden, muss der Schweißer die folgenden Aspekte berücksichtigen:

 

• √Vor-Reinigung

Reinigen Sie die Schweißverbindung von Verunreinigungen wie Farben, Öl, Fett, Grundierungen, Schneidmitteln und anderen Kohlenwasserstoffen. Solche Verunreinigungen können Kohlenstoff in die Schweißnaht einbringen, die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen und die Verbindung schwächen. Ein sehr wichtiger Hinweis ist, dass der Schweißer zum Reinigen der Verbindung eine spezielle Edelstahlbürste verwenden muss. Stellen Sie sicher, dass Sie keine Bürste verwenden, die zuvor für Kohlenstoffstahl verwendet wurde, da diese das Edelstahlwerkstück verunreinigen könnte.

• √Füllstoffauswahl

Die Wahl des geeigneten Zusatzwerkstoffs richtet sich nach dem Arbeitsumfang. Dieser muss zur Qualität des Edelstahls passen und nahezu die gleichen Eigenschaften erzielen.

• √Schweißverbindungsdesign

Die Gestaltung der Schweißverbindung ergänzt die Schweißstruktur, die Schweißtechnik und das Material und ist einer der Hauptfaktoren, die die Festigkeit und Qualität der Schweißverbindungen bestimmen. Daher ist es wichtig, die auf die Schweißnähte wirkenden Kräfte zu verstehen. Durch die Integration dieser Kräfte in die Verbindungskonstruktion können Strukturversagen verhindert werden.

• √Notenauswahl

Sortenauswahl: Verschiedene Sorten (z. B. austenitisch, ferritisch, martensitisch, Duplex) verhalten sich unterschiedlich. Kohlenstoffarme Sorten (z. B. 304L, 316L) können das Risiko von Karbidausfällung und interkristalliner Korrosion minimieren.

• √Steuerung der Wärmezufuhr

Bei der Kontrolle der Wärmezufuhr kann übermäßige Hitze zu Kornwachstum, Verformung und Verlust der Korrosionsbeständigkeit führen. Daher ist es ratsam, eine geringe Wärmezufuhr zu verwenden und eine längere Einwirkung hoher Temperaturen zu vermeiden. Im Allgemeinen sollte der Schweißstrom etwa 20 % geringer sein als bei Kohlenstoffstahl, um Korrosion zu verhindern.

• √Schutzgas

Schutzgas: Die Wahl des Schutzgases ist bei Prozessen wie MIG- und WIG-Schweißen entscheidend für den Schutz des Schweißbades vor Verunreinigungen. Die richtige Zusammensetzung des Schutzgases verringert das Risiko von Schweißfehlern und verbessert das Gesamtergebnis der Schweißung.

 

Um einwandfrei schweißen zu können, muss ein erfahrener Schweißer daher umfassende Parameter berücksichtigen, darunter Edelstahlsorte, Schweißtechnik, Wärmeeintrag, Schutzgas, Stromversorgung, Brennerwinkel, Verfahrgeschwindigkeit und Abschmelzleistung. Nur durch die effektive Nutzung dieser Schweißparameter kann der Schweißer eine hohe und gleichbleibende Schweißqualität erzielen.

 

Mängel und Vorbeugungen

 

Zu den häufigsten Schweißfehlern bei Edelstahl gehören Risse, Porosität, Schlackeneinschlüsse, mangelnde Verschmelzung, unvollständige Durchdringung, Hinterschnitte, Spritzer und Verformungen sowie Verunreinigungen durch Eisenpartikel, Hitzeverfärbungen und Schweißfäule. Diese Mängel verringern die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht und können auf unsachgemäße Reinigung, falsche Elektroden-/Gaseinstellungen, übermäßige Wärmezufuhr oder niedrige Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen sein.

 

• √Verziehen

Edelstahl hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Wärmeausdehnung, wodurch es anfällig für Verformungen ist. Eine übermäßige Wärmezufuhr beim Schweißen oder ein schneller Temperaturwechsel setzen das Metall unter Spannung, was beim Abkühlen zu Verformungen führt. Die gebräuchlichste Lösung besteht darin, den Wärmeeintrag zu reduzieren und gleichzeitig eine schlechte Schweißqualität aufgrund einer unvollständigen Verschmelzung zwischen den Werkstücken zu vermeiden. Eine andere Lösung besteht darin, einen Kühlkörper zu schaffen, indem Kupfer oder Messing hinter oder neben der Schweißnaht festgeklemmt werden und so unnötige Wärme absorbieren.

 

• √Knacken

Risse können während oder nach dem Schweißen auftreten und durch hohe thermische Belastung oder falsche Abkühlraten beeinflusst werden.

Es gibt zwei Hauptarten des Knackens: Heißknacken und Kaltknacken. Während des Erstarrens des Schweißprozesses kommt es zu Heißrissen, die auf eine übermäßige Menge an Verunreinigungen wie Schwefel oder Phosphor in der Schweißnaht zurückzuführen sind, die den Schmelzpunkt bestimmter Bereiche senken und beim Erstarren des Metalls zur Bildung von Rissen führen können. Es tritt häufig in Hochtemperaturzonen der Schweißnaht auf. Kaltrisse treten auf, nachdem die Schweißnaht einige Stunden bis einige Tage lang abgekühlt ist. Sie werden häufig durch Restspannungen verursacht, die nach dem Schweißen im Metall verbleiben, oder durch Wasserstoff, der in die Schweißnaht absorbiert wird. Um Risse zu vermeiden, ist es ratsam, die richtigen Füllmaterialien zu verwenden und die Abkühlgeschwindigkeit sehr sorgfältig zu steuern. Das Vorwärmen des Grundmaterials könnte eine gute Möglichkeit sein, die thermische Belastung vor dem Schweißen zu reduzieren.

 

• √Porosität

Dabei handelt es sich um einen Defekt, bei dem sich in den Schweißnähten Gaseinschlüsse bilden, die zu kleinen Hohlräumen oder Hohlräumen führen. Er wird häufig durch Verunreinigungen wie Schmutz, Öl und Rost verursacht, die Gase in die Schweißnähte einbringen können. Diese Gase werden dann im geschmolzenen Schweißbad eingeschlossen und bilden beim Abkühlen des Metalls Hohlräume. Auch die Verwendung eines falschen Schutzgases kann zu Porosität führen. Feuchtigkeit und Nässe auf dem Grundmaterial oder den Zusatzwerkstoffen können beim Schweißen verdampfen und in der Schweißnaht Gasblasen erzeugen. Daher ist es wichtig, das Grundmaterial und die Zusatzstäbe sauber und trocken zu halten und das richtige Schutzgas zu verwenden, um während des gesamten Schweißprozesses einen gleichmäßigen Fluss aufrechtzuerhalten.

 

• √Schlechte Fusion

Eine schlechte Verschmelzung entsteht, wenn das Schweißgut nicht richtig mit dem Grundmaterial verschmilzt und Schwachstellen in der Verbindung entstehen, an denen die beiden Materialien nicht vollständig verbunden sind. Dies kann die Gesamtfestigkeit der Schweißnaht erheblich verringern und das Risiko eines Ausfalls erhöhen. Dieser Defekt wird häufig durch unzureichende Wärme, falschen Schweißwinkel und hohe Fahrgeschwindigkeit verursacht.

 

• √Schweißspritzer

Dabei handelt es sich um kleine Tröpfchen geschmolzenen Metalls, die beim Schweißen aus dem Schweißbad gedrückt werden und die Schweißnaht nicht wirklich schwächen. Allerdings beeinträchtigen sie das Erscheinungsbild, was zu unnötigen Nachbehandlungsarbeiten führen kann. Die Spritzer werden häufig durch hohe Stromeinstellungen verursacht, die übermäßige Spritzer erzeugen können, da das geschmolzene Metall heftig aus dem Schweißbad herausgeschleudert wird. Auch eine falsche Lichtbogenlänge und ein falsches Schutzgas können beim Schweißen von Edelstahl zu Spritzern führen. Daher ist es wichtig, Spritzer zu reduzieren, die Stromeinstellungen anzupassen und einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten und gleichzeitig das richtige Schutzgas mit gleichmäßigem Fluss durch die Schweißnaht zu verwenden.

 

 

Beim Schweißen von Edelstahl müssen viele Parameter wie Materialeigenschaften, Schutzgas, Füllstoffe, Wärmeeintrag und Sauberkeit beachtet werden, um Fehler wie Verformung, Rissbildung und Sensibilisierung zu vermeiden. Die erfahrenen Schweißer von Fabmann folgen den Best Practices, um die Maschine auf die richtige Spannung und Stromstärke einzustellen, und sie wissen, wie sie mit der richtigen Vorschubgeschwindigkeit basierend auf der Dicke des Edelstahlmaterials und der Art des Edelstahls schweißen, um qualitativ hochwertige korrosionsbeständige Schweißnähte zu erzielen. Fabmann liefert hochwertige kundenspezifische Halterungen aus Edelstahl für die Solarenergieindustrie, Maschinenteile uswLüftungsabdeckungenfür den Hausbausektor.