Besonderheiten beim Schweißen von Mischverbindungen

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1 Besonderheiten beim Schweißen von Mischverbindungen G. Weilnhammer SLV München Niederlassung der GSI mbh Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 1 - unlegiert mit unlegiert - unlegiert mit niedrig legiert - niedrig legiert mit niedrig legiert - un- oder niedrig legiert mit austenitischem CrNi-Stahl - austenitischer CrNi-Stahl mit ferritischem Cr-Stahl - un- oder niedriglegierter Stahl Mn-Hartstahl - Stahl mit Nichteisenmetallen - verschiedene Nichteisenmetalle miteinander Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 2 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 1

2 Mischverbindungen umwandlungsfähiger Stähle Grundsatz bei Stahl Stahl Verbindungen: Zusatzwerkstoff artgleich dem weicheren, zäheren, unempfindlicheren, Wärmevor- und nachbehandlung richtet sich nach dem empfindlicheren Werkstoff Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 3 Unlegiert - unlegiert z.b. S235 - C45 Zusatz: MSG G 35 2 M G3Si1 DIN EN ISO E E 38 2 RB 12 DIN EN ISO 2560-A WIG W 42 4 W3Si1 DIN EN ISO 636 Vorwärmen nach dem C45 zwischen 100 und 300 C je nach Wanddicke Keine Wärmenachbehandlung erforderlich! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 4 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 2

3 Unlegiert - warmfest z.b. S355-13CrMo4-5 Zusatz: MSG G 46 3 M G4Si1 DIN EN ISO E E 46 4 B 42 H5 DIN EN ISO 2560-A WIG W 42 4 W3Si1 DIN EN ISO 636 Vorwärmen nach dem 13CrMo C Wärmenachbehandeln: Spannungsarmglühen bei ca. 650 C (bei Lieferzustand M nicht möglich) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 5 warmfest - warmfest z.b. 13CrMo CrMo9-10 Zusatz: MSG G Cr Mo 1 Si DIN EN ISO E E CrMo1 B 4 2 H5 DIN EN ISO 3580 WIG W Cr Mo 1 Si DIN EN ISO Vorwärmen C je nach Wanddicke Wärmenachbehandeln: Spannungsarmglühen bei C Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 6 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 3

4 unlegiert - hochfest z.b. S235 - S690 Zusatz: MSG G 35 2 M G3Si1 DIN EN ISO E E 38 2 RB 12 DIN EN ISO 2560-A WIG W 42 4 W3Si1 DIN EN ISO 636 Vorwärmen des S690 auf ca. 120 C ab ca. 8mm Wanddicke Strichraupen, Zwischenlagentemperatur max. 200 C Streckenenergie anpassen keine Wärmenachbehandlung!! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 7 hochfest - hochfest S420 - S690 Zusatz: MSG G 46 3 M G4Si1 DIN EN ISO E E Ni B 42 H5 DIN EN ISO 2560-A Vorwärmen ab einer Wanddicke von ca. 8mm (S690) auf 120 C Strichraupen, Zwischenlagentemperatur max. 200 C Wärmeeinbringung beachten (Streckenenergie!) Keine Wärmenachbehandlung! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 8 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 4

5 Unlegiert - niedriglegierte Vergütungsstähle S355-42CrMo4 Zusatz: MSG G 46 3 M G4Si1 DIN EN ISO E E 46 4 B 42 H5 DIN EN ISO 2560-A WIG W 42 4 W3Si1 DIN EN ISO 636 Vorwärmen nach dem 42CrMo4 >300 C Wärmenachbehandeln: anlassen auf ca C bei Lieferzustand M nicht möglich Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 9 Unlegiert - hochlegiert Schwarz Weiss Verbindung z.b. S235 - X5CrNi18-10 Grundsatz nicht anwendbar Schäffler Schaubild anwenden! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 10 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 5

6 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 11 Mischverbindungen umwandlungsfähig umwandlungsfrei Schwarz Weiss Verbindungen Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 12 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 6

7 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 13 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 14 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 7

8 Gefügeausbildung WIG-Schweißung beidseitig S235 Gefüge Schweißnaht: Martensit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 15 Gefügeausbildung Bolzenschweißung: Blech: S355 Bolzen: Gefüge Schweißzone: Martensit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 16 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 8

9 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 17 Gefügeausbildung Kehlnaht MAG-geschweißt Grundblech: Stegblech: S355 Zusatz: G4Si1 Gefüge Schweißnaht: Martensit mit Härterissen Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 18 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 9

10 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 19 Gefügeausbildung Kehlnaht MAG-geschweißt Grundblech: Stegblech: S355 Zusatz Gefüge Schweißnaht: Martensit mit Austenit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 20 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 10

11 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 21 Gefügeausbildung Kehlnaht MAG-geschweißt Grundblech: Stegblech: S355 Zusatz: (z.b. G L Si) Gefüge Schweißnaht: Austenit (bunt) mit δ-ferrit (weiß) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 22 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 11

12 Anwendung des Schäffler-Schaubildes Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 23 Gefügeausbildung Kehlnaht MAG-geschweißt Grundblech: Stegblech: S355 Zusatz: (z.b. G 18 8 Mn) Gefüge Schweißnaht: Vollaustenit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 24 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 12

13 Heissrissbildung Dilatationsheissrisse im Übergang zum S235 durch ungünstiges Mn/S-Verhältnis Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 25 Heissrissbildung Mn/S-Verhältnis < 12 Heissrissgefahr Mn/S-Verhältnis > 26 keine Heissrissgefahr Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 26 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 13

14 Heissrissbildung Beispiele: S235 mit 0,3%Mn und 0,035%S Mn/S = 8,6 Heissrissgefahr S355 mit 1,2%Mn und 0,015%S Mn/S = 80 keine Heissrissgefahr Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 27 Beispiele Mischverbindungen S355J2 - HARDOX Gefahr der Versprödung durch Werkstoffaufmischung! Empfohlener Zusatzwerkstoff: MSG G 46 3 M G4Si1 E WIG E 46 4 B 42 H5 W 42 4 W3Si1 vorwärmen auf ca C nach dem HARDOX 400 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 28 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 14

15 warmfest - hochlegiert Schwarz Weiss Verbindung z.b. 13CrMo4-5 - X5CrNi18-10 Grundsatz nicht anwendbar! Schäffler-Schaubild nicht anwendbar! Gefahr der Versprödung beim Glühen bzw. bei hohen Betriebstemperaturen! Deshalb: Zusatz Ni-Basis! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 29 Gefügeausbildung Kehlnaht WIG-geschweißt Grundblech Stegblech 13CrMo4-5 Zusatz NiCr15Fe Gefüge Schweißnaht: vollaustenitisch Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 30 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 15

16 Heissrissbildung Kehlnaht WIG-geschweißt Zusatz NiCr15Fe Gefüge Schweißnaht: Vollaustenit mit Heissrissen durch Überhitzung Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 31 Cr-Stahl - CrNi-Stahl Weiss Weiss Verbindung z.b. X10Cr24 - X5CrNi18-10 Grundsatz nicht anwendbar! Schäffler-Schaubild anwenden! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 32 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 16

17 Weiss Weiss Verbindung z.b. X10Cr24 - X5CrNi18-10 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 33 Weiss Weiss Verbindung z.b. X10Cr24 - X5CrNi18-10 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 34 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 17

18 Weiss Weiss Verbindung z.b. X10Cr24 - X5CrNi18-10 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 35 Unlegierter Stahl - Mangan-Hartstahl z.b. S235JR - X120Mn12 (Gefängnis Gitterstäbe) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 36 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 18

19 Werkstoffbezeichnung chemische Zusammensetzung X120Mn12 Werkstoff Nr Chemische Zusammensetzung: : C = 1,10 1,30% Si = 0,30 0,50% Mn = 12,0 13,0% P = <0,10% S = <0,04% Cr = <1,50% Lieferzustand: lösungsgeglüht bei C, abgeschreckt Schweißtechnische Verarbeitung Allgemein können folgende Grundregeln aufgestellt werden: - so kalt wie möglich schweißen - die Werkstücktemperatur darf 300 C nicht überschreiten - Schweißstromstärke so niedrig wie möglich halten - empfohlene Raupenlänge max. 100mm - künstliche Wärmeableitung, Pressluft, Schweißen im Wasserbad - Zwischenabschrecken der einzelnen Raupen Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 19

20 Verbindungsschweißung Mn-Hartstahl mit nicht aufhärtungsempfindlichen Stählen X120Mn12 - S235JR Zusatz Mn Verbindungsschweißung Mn-Hartstahl mit aufhärtungsempfindlichen Stählen Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 20

21 Verbindungsschweißung Mn-Hartstahl mit aufhärtungsempfindlichen Stählen Stahl - Aluminium Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 42 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 21

22 Stahl - Titan Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 43 Stahl - Titan Schmelzschweißverbindungen nicht möglich aufgrund spröder intermetallischer Phasen (TiFe, TiFe 2 ) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 44 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 22

23 Stahl - Aluminium Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 45 Stahl - Aluminium - Schmelzschweißen nicht möglich aufgrund stark unterschiedlicher Schmelzpunkte! - Schmelzschweißen nicht möglich aufgrund spröder intermetallischer Phasen (z.b. Fe 3 Al, FeAl, FeAl 2, FeAl 3 etc.)! - Möglichkeit des Schweiß-Lötens bei oberflächenverzinnten bzw. -verzinkten Stählen! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 46 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 23

24 Stahl - Nickel Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 47 Stahl - Nickel - Schmelzschweißverbindungen möglich, vergleichbar mit Schwarz-Weiß-Verbindungen! - Zusatz: E L R 23 bzw. G L Si EL-NiTi3 bzw. SG-NiTi4 EL-NiCr19Nb bzw. SG-NiCr20Nb Vorwärmen richtet sich nach der Stahlsorte! Wenig Wärme, Strichraupen, Zwischenlagentemperatur max. 150 C wegen Heissrissgefahr des Nickels! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 48 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 24

25 Stahl - Nickel Empfohlener Zusatz: EL-NiTi3 bzw. SG-NiTi4 EL-NiCr19Nb bzw. SG-NiCr20Nb EL-NiCr16FeMn Nicht vorwärmen! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 49 Stahl - Kupfer Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 50 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 25

26 Stahl - Kupfer Keine intermetallischen Phasen, aber: Gefahr der Lötrissigkeit! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 51 Stahl - Kupfer Ausführungsbeispiele Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 52 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 26

27 Stahl - Kupfer Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 53 Kupfer - Titan Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 54 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 27

28 Kupfer - Titan Schmelzschweißverbindungen nicht möglich aufgrund unterschiedlicher Schmelzpunkte und Bildung zahlreicher spröder, Intermetallischer Phasen (z.b. Ti 2 Cu, TiCu, Ti 3 Cu 4, Ti 2 Cu 3 etc.) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 55 Nickel - Titan Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 56 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 28

29 Nickel - Titan Schmelzschweißverbindungen nicht möglich aufgrund Bildung zahlreicher spröder, intermetallischer Phasen (z.b. Ti 2 Ni, TiNi, TiNi 3 ) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 57 Kupfer - Nickel Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 58 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 29

30 Kupfer - Nickel Schmelzschweißverbindungen gut möglich, keine spröden intermetallische Phasen! Zusatz: EL-NiTi3 bzw. SG-NiTi4 EL-NiCu bzw. SG-NiCu Kupfer eventuell vorwärmen, Nickel nicht überhitzen! Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 60 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt München - Niederlassung der GSI mbh 30

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