Fügen und Bearbeiten von Chrom Nickel Stahl

Transkript

1 Fügen und Bearbeiten von Chrom Nickel Stahl Fehler bei der Verarbeitung und deren Vermeidung Rolf Marahrens Reiz GmbH

2 Fügen und Bearbeiten von Chrom Nickel Stahl Zusammensetzung von CrNi - Stahl Welche Maßnahmen sind vor dem Schweißen zu treffen Formieren und Formiergase Was ist nach dem Fügen zu beachten Schweißnahtnachbearbeitung Welche Fügeverfahren haben sich bewährt Durchführen der Schweißung Praxisbeispiele

3 Vergleich der Stahlbezeichnungen EN EN Norm Kurzname ASTM/AISI Austenit X5CrNi Austenit X6CrNiTi Austenit X2CrNiMo L Austenit X5CrNiNo Austenit X2CrNiMoN S31726 Austenit X6CrNiMoTi Ti Ferrit-Austenit X2CrNiMoN S31803 Ferrit/Martensit X5CrNiMoTi 15-2 S42035 Der Anteil von mindestens einem Legierungselement ist größer als 5% z.b. X5CrNiMoV : X-Kennzahl für alle hochlegierten Stähle: 5/100 in% C Cr, Ni, Mo, V sind Legierungselemente ( 18%Cr, 8%Ni, 2%Mo, unter 1%V ) Quelle Thyssen Krupp Nirosta

4 Eigenschaften mit Auswirkungen auf die Verarbeitung Passivschicht aufgrund von mindestens 10-13% Chrom im austenitischem oder ferritischem Mischkristall ( Bildung von Chromoxid an der Werkstückoberfläche) Die Beständigkeit gegenüber Korrosion sinkt mit steigendem Kohlenstoffgehalt Kohlenstoff fördert mit zunehmendem Anteil die interkristalline Korrosion, es bildet sich Chromkarbid an den Korngrenzen ( unter - schiedliches Verhalten bei ferritischen oder austenitischen Stählen) Für die Schweißbarkeit ist es extrem wichtig den Kohlenstoffgehalt sehr niedrig zu halten ( Schweißzusatz mit bestimmten Legierungs - bestandteilen wählen) Wärmebehandlung oberhalb 900 C löst bei ferritischem Chromstahl Grobkornwachstum aus, dieses kann zur Versprödung in der Wärmeeinflusszone führen ( Wärmebehandlung nur bis 800 C, ca. 1 Stunde)

5 Eigenschaften mit Auswirkungen auf die Verarbeitung Besonders nachteilig wirkt sich dieses Verhalten auf die Korrosionsbeständigkeit und die mechanisch-technologischen Eigenschaften aus ( Sprödbrüche) Die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion kann durch Zulegieren von Titan, Niob oder Tantal herabgesetzt werden ( Zusatzwerkstoff ) Bei stabilisierten CroNi Stählen entfällt dieses Risiko Bei Duplex Stählen gilt eine Besonderheit: nach dem Schweißen langsam abkühlen, dann erfolgt eine Rückwandlung des Delta-Ferrit in Austenit Bei dem Schweißen von Stahl mit CrNi Stahl sind besondere Maßnahmen zu beachten: Zusatzwerkstoffe auswählen nach den jeweiligen Ansprüchen: und bei Einsatztemperatur unter 300 C, bei höheren Temperaturen, Nickelbasis Zusatzwerkstoff verwenden

6 Maßnahmen vor dem Schweißen Absolute Sauberkeit der Werkstücke, nach Bedarf mit Aceton reinigen ( oder ähnlichem Mittel ) Anlauffarben beim Schleifen der Schweißkanten unbedingt vermeiden Schweißkanten, die mit Plasma-Druckluft geschnitten wurden, müssen beschliffen werden ( in den Randzonen erhöhter Kohlenstoffanteil) Wenn Schweißkanten gesägt wurden, muss unbedingt entgratet werden Die Werkstücke müssen gespannt und/oder in kurzen Abständen geheftet werden ( Durch Wärme starke Verformung und anschließend deutliche Schrumpfung des Materials ) Wurzelschutz, z.b. durch Formieren oder Keramikstreifen, Gegenlage vor dem Schweißen ausschleifen

7 Maßnahmen vor dem Schweißen Die Schweißkonstruktion muss auf Übereinstimmung mit den jeweiligen DIN EN Normen, bzw. den technischen Regelwerken überprüft werden, weiterhin Einteilung der Schweißnähte in Bewertungsgruppen ( Beanspruchung der Schweißnähte) durchführen Anhäufungen von Schweißnähten, Anschlüsse, Stöße oder Kreuzungen ergeben eine erhöhte Wärmeeinbringung mit unterschiedlicher Dehnung / Schrumpfung, weitestgehend vermeiden Schweißen in der Nähe oder an kaltverformten oder tiefgezogenen Werkstücken vermeiden ( Risse und Sprödbrüche durch Wärme) Auswahl des Schweißverfahrens nach wichtigen Kriterien: Wärmeeinbringung möglichst gering, Nahtsicherheit gegenüber Poren und Bindefehler, Wirtschaftlichkeit sowie weitere Behandlung der Bauteile Quelle DVS Kompendium der Schweißtechnik

8 Die Arbeitsstätte und Werkzeuge Dort, wo CrNi Stahl verarbeitet wird, darf nur Werkzeug verwendet werden, das ausschließlich für diese Arbeiten eingesetzt wird ( spezielle Kennzeichnung für Trenn und Schleifmittel, Edelstahl Drahtbürsten ) In dem weiteren Umfeld darf kein unlegierter Stahl verarbeitet werden ( Auftrag und Einschlüsse von Schleifstaub oder Schweißspritzer werden zu Korrosion führen ) Beim MIG/MAG Schweißen muss die Schlauchpaketseele gewechselt werden ( Kohle/Teflon oder PA Seele ), ebenso sollten die Antriebsrollen und Drahtführungsrohre gesäubert werden, die Stromdüse und die Gasdüse müssen ebenfalls erneuert werden, wenn vorher unlegierter Stahl geschweißt wurde Beim WIG Schweißen sollte die Gasdüse gewechselt werden, die Gaslinse sollte keine Metallspritzer aufweisen, die Wolframelektrode muss sauber sein und ca. 30 Spitzenwinkel haben

9 Nach der Schweißung Werkstücke bis zur Auskühlung fixiert lassen, starke Verformung der Bauteile durch Schrumpfung beim Abkühlen Oder Wärmenachbehandlung gemäß Herstellerangaben ( siehe Erklärung zu Sprödbruch und interkristalline Korrosion) Anlauffarben zeigen eine Oxidation des Materials an, hier ist die Oberfläche durchlässig gegen korrosive Medien Anlauffarben entfernen, dies kann je nach Anforderung durch Bürsten, Schleifen, Strahlen oder Beizen geschehen. ( Bürsten für geringe Anforderungen, Schleifen bei Spritzer oder Schlackeentfernung, Strahlen und/oder Beizen für hohe Anforderungen oder Beanspruchungen

10 Die wichtigsten Schweißgase

11 Formiergase und deren Verwendung Wurzelschutzgase Argon Wasserstoffgemische Stickstoff Wasserstoff Gemische Argon Werkstoffe austenitische Cr-Ni Stähle, Ni und Ni Basis Werkstoffe Austenitische Cr Ni Stähle austenitische Cr Ni Stähle Duplex Stähle Kupfer u. Kupferlegierungen, Aluminium Stickstoff austenitische Cr Ni Stähle austenitisch -ferritische Stähle Quelle: Linde AG

12 Formiergase und Verwendung Quelle: Linde AG

13 Einfluss der Formiergase auf das Nahtaussehen Quelle: Jankus

14 Schweißverfahren für CrNi Stahl WIG Schweißen Vorteile dieses Verfahrens sind: Sauberes Verfahren, keine Spritzer und wenig freigesetzte Schadstoffe Der Schweißer kann die Zugabe von Schweißzusatz unabhängig von der eingestellten Stromstärke optimal selbst bestimmen Besonders geeignet zum Wurzel und Zwangslagenschweißen ( Grund siehe oben ) Bei geübten Schweißern sehr gleichmäßige und flache Wurzelausbildung, sowie glatte Oberraupen Quelle EWM Schweißfibel

15 Schweißverfahren für CrNi Stahl WIG Schweißen Nachteile dieses Verfahrens sind: Bei manueller Anwendung braucht der Schweißer ein geschicktes Händchen und eine gute Ausbildung Die Wärmeeinflusszone ist durch dieses langsame Verfahren sehr groß, der Werkstoff kann überhitzen und neigt zu Heißrissen Starker Verzug der Werkstücke durch die hohe Wärmeeinbringung Bei Wandstärken größer 6mm., sollten Füll und Decklagen MIG/MAG geschweißt werden Quelle EWM Schweißfibel

16 Schweißverfahren für CrNi Stahl MIG/MAG Schweißen Vorteile dieses Verfahrens sind: Vielfältiger Einsatz durch verschiedenste Zusammenstellung der Zusatzwerkstoffe und Gase, dadurch lassen sich erforderliche Eigenschaften und Schweißverhalten erzielen Der Schweißer kann den Schweißverlauf beobachten und durch Einstellung der richtigen Maschinenparameter und der Brennerstellung, sowie der Schweißgeschwindigkeit, auch bei ungleichem Wurzelspalt eine gleichmäßige Wurzelraupe erreichen Durch hohe Schweißgeschwindigkeit geringe Wärmeeinflusszone, wenig Verzug Quelle EWM Schweißfibel

17 Schweißverfahren für CrNi Stahl MIG/MAG Schweißen Nachteile dieses Verfahrens sind: Spritzerneigung beim Zünden und Beenden des Schweißens, ebenfalls im Kurz und Mischlichtbogen Weniger geübte Schweißer produzieren aufgrund der hohen Schweißgeschwindigkeit Flankenbindefehler In Zwangslagen ( PE und PD ) nur bedingt einsetzbar ( digital geregelte Stromquellen für diesen Einsatz ) Nicht einsetzbar bei Wandstärken unter 1 mm. Einbrandkerben durch zu hohe Schweißgeschwindigkeit Quelle EWM Schweißfibel

18 Schweißverfahren für CrNi Stahl E - Hand Schweißen Vorteile dieses Verfahrens sind: Universeller Einsatz, Schweißung in allen Positionen, je nach Elektrodentyp und Anforderung Im Freien einsetzbar, ideal für Montagen vor Ort Beim E Hand Schweißen wird das Schweißgut bis zum Erkalten durch die Schlacke gut geschützt Quelle EWM Schweißfibel

19 Schweißverfahren für CrNi Stahl E - Hand Schweißen Nachteile dieses Verfahrens sind: Sehr große Schadstoffmengen werden freigesetzt, in der Produktion ist dieses Verfahren durch andere zu ersetzten Häufige Fehler: Einbrandkerben ( zu hohe Stromstärke, Schlackeneinschlüsse, Poren ( Rücktrocknung der Elektrode ), Ansatz Bindefehler, Endkraterrisse, nur besonders geübte Schweißer beherrschen das E - Handschweißen Quelle EWM Schweißfibel

20 Schweißverfahren für CrNi Stahl UP Schweißen Vorteile dieses Verfahrens sind: Durch unterschiedliche Draht / Pulver Kombinationen sind verschiedene Eigenschaften der Schweißnaht zu erzielen Hohe Abschmelzleistung, tiefer Einbrand Bei Doppeldraht Schweißung sehr gute Spaltüberbrückbarkeit Nachteile dieses Verfahrens sind: Anwendung nur mechanisiert möglich Rücktrocknung des Pulvers nötig Erstarrungsrisse durch das Einbrandverhalten, diese lassen sich nur durch größere Fugenformen vermeiden

21 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG Bauteile werden Elektropoliert

22 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG Bauteile gebürstet

23 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG automatisiert Oberseite Unterseite

24 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG automatisiert Oberseite gebeizt

25 Praxisbeispiele Oberfläche gebürstet, innen und außen Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG

26 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren E Hand + MAG

27 Praxisbeispiele Behälter fertig gebeizt

28 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG Bauteil gebürstet

29 Praxisbeispiele Werkstoff Zusatzwerkstoff Verfahren WIG Rohre dürfen nicht gebeizt werden, Einsatz in Chemiewerk, dort dürfen keine Verunreinigungen durch Restbeize auftreten, innen formiert, außen gebürstet

30 Praxisbeispiele Bauteil wird gebeizt Werkstoff Zusatzwerkstoff /erschmolzenes Pulver FCS DC9K HP5 Verfahren UP

31 Praxisbeispiele Werkstoff