XVIII. Inhalt. Häufig benutzte Symbole Abkürzungen. 1 Grundlagen der Werkstoffkunde und der Korrosion 1

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1 VIII Inhalt Häufig benutzte Symbole Abkürzungen XVIII XX 1 Grundlagen der Werkstoffkunde und der Korrosion Schweißtechnik erfordert die Werkstoffkunde Aufbau metallischer Werkstoffe Bindungsformen der Metalle Metallische Bindung Ionenbindung (heteropolare Bindung) Atombindung (kovalente Bindung) Gitteraufbau der Metalle Gitterbaufehler (Realkristalle) Gefüge, Korn, Kristallit, Korngröße Mechanische Eigenschaften der Metalle Verformungsvorgänge in Idealkristallen Verformungsvorgänge in technischen Metallen Verfestigung der Metalle Einfluss der Korngrenzen Phasenumwandlungen Phasenumwandlung flüssig-fest Primärkristallisation von (reinen) Metallen Primärkristallisation von Legierungen Phasenumwandlungen im festen Zustand Diffusionskontrollierte Phasenumwandlungen 32 Ausscheidungsumwandlung 32 Ordnungsumwandlung 33 Massivumwandlung 33 Polymorphe Umwandlung Diffusionslose Phasenumwandlungen (Martensitbildung) Thermisch aktivierte Vorgänge Diffusion Nichtstationäre Diffusionsvorgänge Erholung und Rekristallisation Warmverformung Grundlagen der Legierungskunde Aufbau und Eigenschaften der Phasen Mischkristalle 46 Substitutionsmischkristalle 46 Einlagerungsmischkristalle 48 Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 IX Intermediäre Verbindungen Zustandsschaubilder Zustandsschaubild für vollkommene Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand Eutektische Systeme Systeme mit begrenzter Löslichkeit Systeme mit intermediären Phasen Systeme mit Umwandlungen im festen Zustand Nichtgleichgewichtszustände Kristallseigerung Entartetes Eutektikum Aussagefähigkeit und Bedeutung der Zustandsschaubilder für das Schweißen Abschätzen des Schweißverhaltens Mechanische Gütewerte Dreistoffsysteme Ternäre Schaubilder in ebener Darstellung 61 Isothermische Schnitte 61 Vertikalschnitte 62 Quasibinäre Schnitte Grundlagen der Korrosion Definitionen und Begriffe Elektrochemische Vorgänge Korrosionsmechanismen in wässrigen Lösungen Wasserstoffkorrosion (Säurekorrosion) Sauerstoffkorrosion Das Korrosionsverhalten beeinflussende Faktoren 71 Ionenkonzentration 71 Sauerstoffgehalt 74 Elektrolyttemperatur 75 Strömungsgeschwindigkeit 76 Medienkonzentration Elektrochemische Polarisation Stromdichte-Potenzial-Kurven Aktivierungspolarisation Konzentrationspolarisation Passivität Korrosionsarten Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung Kontaktkorrosion Lochkorrosion (Lochfraß) Spaltkorrosion (Berührungskorrosion) Selektive Korrosion Korrosionsvorgänge in besonderen Umgebungen 88 Atmosphärische Korrosion 88 Mikrobiologische Korrosion Korrosionsarten mit mechanischer Beanspruchung Spannungsrisskorrosion (SpRK) Kavitation(skorrosion) Erosion(skorrosion) Reibkorrosion (»Fressen«) 94

3 Gestaltungsrichtlinien; Werkstoffwahl Spalt-, Berührungskorrosion Konzentrationselemente Wasserlinienkorrosion, atmosphärische Korrosion Kontaktkorrosion Spannungsrisskorrosion (SpRK) Besonderheiten beim Schweißen Hinweise zum Korrosionsschutz Aktive Schutzverfahren Inhibitoren Kathodischer Korrosionsschutz Anodischer Korrosionsschutz Passive Schutzverfahren Organische Beschichtungen Anorganische Überzüge Metallische Überzüge Aufgaben zu Kapitel 1 Schrift turn Stähle - Werkstoffgrundlagen Allgemeines Einteilung der Stähle Stahlherstellung Erschmelzungsverfahren Sekundärmetallurgie Vergießungsverfahren; Desoxidieren Vergießen und Erstarren des Stahles Unberuhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FU (U) Beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen (R) Besonders beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen FF (RR) Das Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) Die Wärmebehandlung der Stähle Glühbehandlungen Spannungsarmglühen Normalglühen Härten und Vergüten Härten Vergüten Die Austenitumwandlung im ZTU- und ZTA-Schaubild ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung ZTU-Schaubilder für isothermische Wärmeführung Möglichkeiten und Grenzen der ZTU-Schaubilder Anwendbarkeit der ZTU-Schaubilder auf Schweißvorgänge 152 Allgemeines Verfahren 154

4 XI Isothermisches Schweißen 154 Stufenhärtungsschweißen ZTA-Schaubilder 155 Isothermische ZTA-Schaubilder 156 Kontinuierliche ZTA-Schaubilder Festigkeitserhöhung metallischer Werkstoffe Prinzip der Festigkeitserhöhung Abschätzen der maximalen Festigkeit Theoretische Schubfestigkeit Theoretische Kohäsionsfestigkeit Methoden zum Erhöhen der Festigkeit Kaltverfestigung Mischkristallverfestigung Ausscheidungshärtung Korngrenzenhärtung Martensithärtung Thermomechanische Behandlung Unlegierte und (niedrig-)legierte Stähle Wirkung der Legierungselemente Unlegierte Baustähle nach DIN EN Stähle für den Maschinen- und Fahrzeugbau Vergütungsstähle Einsatzstähle Warmfeste Stähle Kaltzähe Stähle Feinkornbaustähle Normalgeglühte Feinkornbaustähle 188 Terrassenbruch Thermomechanisch gewalzte Feinkornbaustähle 190 Metallkundliche Grundlagen; Stahlherstellung 191 Eigenschaften und Verarbeitung Vergütete Feinkornbaustähle Korrosionsbeständige Stähle Erzeugen und Erhalten der Korrosionsbeständigkeit Korrosionsverhalten der Stähle in speziellen Medien 202 Korrosion in Wässern 202 Korrosion durch chemischen Angriff Werkstoffliche Grundlagen Die Zustandsschaubilder Fe-Cr, Fe-Ni Das Zustandsschaubild Fe-Cr-Ni Einfluss wichtiger Legierungselemente 205 Nickel 205 Kohlenstoff 206 Stickstoff 206 Molybdän 207 Silicium 207 Wasserstoff Ausscheidungs- und Entmischungsvorgänge Interkristalline Korrosion (IK) 208

5 XII Inhalt Gegenmaßnahmen Sigma-Phase (a-phase) C-Versprödung Einteilung und Stahlsorten Martensitische Chromstähle Ferritische Chromstähle Austenitische Chrom-Nickel-Stähle 217 Stickstofflegierte austenitische Stähle Austenitisch-ferritische Stähle (Duplexstähle) Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Einfluss des Schweißprozesses auf die Eigenschaften der Verbindung Schweißbarkeit - Begriff und Definition Schweißeignung Schweißsicherheit Schweißmöglichkeit Bewertung und Folgerungen Schweißeignung der Stähle Unlegierte Stähle Erschmelzungs- und Vergießungsart Chemische Zusammensetzung Legierte Stähle Wirkung der Wärmequelle Temperatur-Zeit-Verlauf Eigenspannung; Schrumpfung, Verzug Querschrumpfung Winkelschrumpfung Längsschrumpfung Haupteinflüsse auf Schrumpfungen und Spannungen Wärmemenge und Schweißverfahren Werkstoffeinfluss Konstruktionseinfluss Metallurgische Wirkungen des Temperatur-Zeit-Verlaufs Sauerstoff Stickstoff Wasserstoff Das Sprödbruchproblem Werkstoffmechanische Grundlagen Probleme konventioneller Berechnungskonzepte Sprödbruchbegünstigende Faktoren Werkstoffliche Faktoren Konstruktive Faktoren Maßnahmen zum Abwenden des Sorödbruchs

6 XIII 3.5 Fehler in der Schweißverbindung Metallurgische Fehler Die Wirkung der Gase 270 Verhindern der Gasaufnahme Fehler beim Schweißbeginn und Schweißende Probleme des Einbrands Einschlüsse; Schlacken Zündstellen Rissbildung im Schweißgut und in der WEZ Bewertung der Fehler Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Schweißmetallurgie der Eisenwerkstoffe Aufbau der Schweißverbindung Vorgänge im Schweißbad Die Primärkristallisation der Schweißschmelze Massentransporte im Schweißbad Werkstoffliche Vorgänge in der Wärmeeinflusszone Die WEZ in Schweißverbindungen aus umwandlungsfähigen Stählen Der Einfluss des Nahtaufbaus; Einlagen-, Mehrlagentechnik Eigenschaften und mechanische Gütewerte 318 Härteverteilung 319 Mechanische Eigenschaften des Schweißguts 322 Mechanische Eigenschaften der Wärmeeinflusszone Vorwärmen der Fügeteile Einfluss der Stahlherstellungsart und der chemischen Zusammensetzung 333 Seigerungen 333 Alterungsprobleme Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe zum Schweißen unlegierter Stähle und von Feinkornbaustählen Konzepte der Normung Metallurgische Betrachtungen Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze bis 500 N/mm Umhüllte Stabelektroden für das Lichtbogenhandschweißen (DIN EN ISO 2560) Aufgaben der Elektrodenumhüllung Metallurgische Grundlagen Eigenschaften der wichtigsten Stabelektroden 341 Sauer-umhüllte Stabelektroden (A) 341 Rutil-umhüllte Stabelektroden (R) 342 Basisch-umhüllte Stabelektroden (B) 342 Zellulose-umhüllte Stabelektroden (C) 344

7 XIV Inhalt Bedeutung des Wasserstoffs Normung der umhüllten Stabelektroden Schweißzusätze für das Schutzgasschweißen WIG-Schweißen MSG-Schweißen Schweißzusätze für das UP-Schweißen Drahtelektroden Schweißpulver Schmelzpulver Agglomerierte Pulver Metallurgisches Verhalten der Schweißpulver Schweißzusätze für Stähle mit einer Mindeststreckgrenze über 500 N/mm Schweißen der wichtigsten Stahlsorten Unlegierte niedriggekohlte C-Mn-Stähle Baustähle nach DIN EN Gütegruppen (Stahlgütegruppen) Wahl der Gütegruppe Feinkornbaustähle; normalgeglüht und thermomechanisch behandelt Allgemeine Konzepte Einfluss der Abkühlbedingungen auf die mechanischen Gütewerte der Verbindung Fertigungstechnische Hinweise Nahtvorbereitung Wärmebehandlung Schweißtechnologie Risserscheinungen Schweißzusatzwerkstoffe Stabelektroden Drahtelektroden; Schweißpulver (UP-Schweißen) Drahtelektroden; Schutzgase (MSG-Schweißen) Feinkornbaustähle; vergütet Höhergekohlte Stähle Warmfeste Stähle Ferritische Stähle (ferritisch-perlitisch) Ferritische Stähle (ferritisch-bainitisch) Ferritische Stähle (martensitisch) Austenitische Stähle Versprödungs- und Rissmechanismen Wiedererwärmungsriss (Ausscheidungsriss) Anlassversprödung Kaltzähe Stähle Korrosionsbeständige Stähle Einfluss der Verarbeitung auf das Korrosionsverhalten Konstitutions-Schaubilder Martensitische Chromstähle Ferritische und halbferritische Stähle Austenitische Chrom-Nickel-Stähle Primärkristallisation Heißrissbildung

8 XV Messerlinienkorrosion 436 Metallurgie des Schweißens Austenitisch-ferritische Stähle (Duplexstähle) Verbinden/Auftragen unterschiedlicher Werkstoffe Austenit-Ferrit-Verbindungen Schweißplattieren Schweißpanzern Eisen-Gusswerkstoffe Stahlguss (G, GS, GE, GX) Stahlguss für allgemeine Verwendung 456 Fertigungsschweißen 457 Instandsetzungsschweißen 460 Konstruktionsschweißen Hochfester schweißgeeigneter Stahlguss Legierter Stahlguss Gusseisen (EN-GJL, alt: GG; EN-GJS, alt: GGG; ISO/JV, alt: GJV) Gusseisen mit Lamellengrafit (EN-GJL, alt: GG) 463 Artgleiches Schweißen (Gusseisenwarmschweißen) 466 Artfremdes Schweißen (Gusseisenkaltschweißen) Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS, alt: GGG) 467 Artgleiches/artähnliches Schweißen 471 Artfremdes Schweißen 471 Schweißverfahren 471 Legiertes (austenitisches) Gusseisen mit Kugelgrafit Temperguss (EN-GJMW, alt: GTW; EN-GJMB, alt: GTS) Weißer Temperguss (EN-GJMW, alt: GTW) Schwarzer Temperguss (EN-GJMB, alt: GTS) Aufgaben zu Kapitel Schrifttum Schweißmetallurgie der nichteisenmetallischen Werkstoffe Die WEZ in Schweißverbindungen aus Nichteisenmetallen Einphasige Werkstoffe Mehrphasige Werkstoffe Ausscheidungshärtende Legierungen Hochreaktive Werkstoffe Kaltverfestigte Werkstoffe Schwermetalle Kupfer und Kupferlegierungen Hinweise zum Schweißen Kupfer Kupferlegierungen 515 Kupfer-Zink-Legierungen (Messinge) 516 Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronzen) 518 Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) 518 Kupfer-Nickel-Legierungen 519

9 XVI Inhalt Nickel und Nickellegierungen Einfluss der Legierungselemente auf das Schweißverhalten Schweißmetallurgie Allgemeine Werkstoffprobleme 525 Nickel-Chrom-(Eisen-)Legierungen 526 Molybdänhaltige Nickelbasis-Legierungen 526 Ausscheidungshärtende Nickelbasis-Legierungen Schweißpraxis Leichtmetalle Aluminium und Aluminiumlegierungen Lieferformen Bezeichnungsweise Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte 535 Heißrisse 535 Spannungsrisse 536 Poren Aluminium-Knetlegierungen Aluminium-Gusslegierungen Ausscheidungshärtende Aluminiumlegierungen Aluminium-Sonderlegierungen 543 Aluminium-Lithiumlegierungen 543 Aluminium-Druckgusslegierungen 543 Dispersionshärtende Aluminiumlegierungen Schweißzusatzwerkstoffe Schweißpraxis Vorbereitende Maßnahmen Schweißverfahren 548 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) 548 Metall-Inertgasschweißen (MIG) 550 Laserschweißen Magnesium und Magnesiumlegierungen Beryllium Hochschmelzende und hochreaktive Werkstoffe Titan und Titanlegierungen Eigenschaften und Schweißverhalten der Titanwerkstoffe 556 Unlegiertes Titan 557 Alpha- und Nah-Alpha-Legierungen 557 Alpha-Beta-Legierungen 558 Beta-Legierungen 559 Titan-Sonderlegierungen Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte Schweißpraxis Molybdän und Molybdänlegierungen Zirkonium und Zirkoniumlegierungen Tantal und Tantallegierungen Aufgaben zu Kapitel Schrifttum 574

10 XVII 6 Anhang (spezielle Werkstoffprüfverfahren) Prüfung auf Heißrissanfälligkeit Verfahren mit Selbstbeanspruchung der Probe Verfahren mit Fremdbeanspruchung der Probe Prüfung auf Kaltrissanfälligkeit Implant-Test Der Pellini-Versuch Der Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN 10045) 587 Prüfung von Proben mit Schweißnaht Der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch Das COD-Konzept von Cottrell und Wells Schrifttum Sachwortverzeichnis 597