Schweißtechnische Fertigungsverfahren

Transkript

1 Studium und Praxis Schweißtechnische Fertigungsverfahren Band 2 Verhalten der Werkstoffe beim Schweißen Zweite Auflage Prof. Dr.-Ing. Ulrich Dilthey VDI Dr.-Ing. Stefan Trübe VERLAG

2 Inhalt 1 Schweißbarkeit von metallischen Werkstoffen Definition der Schweißbarkeit von Bauteilen Schweißeignung Schweißsicherheit Schweißmöglichkeit Abschließende Betrachtung 6 2 Umwandlung unlegierter und niedriglegierter Stähle Einleitung Erstarrung und Umwandlung von Metallen im Gleichgewicht Zustandsschaubilder Eutektische Umwandlung Peritektische Umwandlung Intermediäre Phasen Umwandlungen im festen Zustand Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild Umwandlungsschaubilder und Gefüge der unlegierten und niedriglegierten Stähle Vorgang des Austenitisierens Isothermische Zeit-Temperatur-Austenitisierungsschaubilder Kontinuierliche Zeit-Temperatur-Austenitisierungsschaubilder Gefüge von Stählen Ferrit Perlit Bainit Martensit Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder 34

3 VIII Inhalt Isothermische ZTU-Schaubilder Kontinuierliche ZTU-Schaubilder Schweiß-ZTU-Schaubilder 43 3 Temperaturverteilung und Gefügeausbildung in Schweißnähten Auswirkungen des Schweißens auf den Werkstoff Temperatureinleitung und -Verteilung in der Schweißnaht Erstarrung des Schweißgutes Gefügezonen im wärmebeeinflußten Grundwerkstoff 55 4 Schweißeigenspannungen Definition von Eigenspannungen Entstehung von Schweißeigenspannungen Auswirkungen von Schweißeigenspannungen Maßnahmen zur Verringerung von Eigenspannungen in Schweißnähten Minimierung von Schweißeigenspannungen Abbau vorhandener Schweißeigenspannungen Methoden zur Messung von Eigenspannungen 81 5 Schweißen von unlegierten und niedriglegierten Stählen Einteilung der Stähle Bezeichnung der Stähle Kennzeichnung durch Werkstoffnummern Kennzeichnung durch Kurznamen nach DIN-Normenheft Kurznamen zur Beschreibung der chemischen Zusammensetzung des Stahles Beschreibung der mechanischen Eigenschaften und des Verwendungszweckes Kurznamen ohne feste Systematik Kennzeichnung der Kurznamen nach DIN EN 10027, Teil 1 93

4 Inhalt IX Kurznamen zur Beschreibung der Verwendung und mechanischen oder physikalischen Eigenschaften Kurznamen zur Beschreibung der chemischen Zusammensetzung Einfluß der Legierungs- und Begleitelemente auf die Eigenschaften von Stählen Schweißbare Feinkornstähle Auswirkung der Kornfeinung auf die Eigenschaften der Feinkornstähle Einteilung von Feinkornstählen Einsatzgebiete für Feinkornstähle Auswirkung des Schweißprozesses auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von Feinkornstählen Schweißen von Feinkornstählen Rechnerische Ermittlung der Abkühlzeiten Graphische Ermittlung der Abkühlzeiten Anwendung des STAZ-Schaubildes Schweißfehler an Feinkornstählen Heißrisse Kaltrisse Terrassenbrüche Erweichung der WEZ Allgemeine Baustähle Schweißeignung Änderung des Gefüges und der Eigenschaften Verarbeitung und Einsatzgebiete Einsatz- und Vergütungsstähle Schweißeignung Änderung des Gefüges und der Eigenschaften durch den Schweißprozeß Einsatzstähle Vergütungsstähle Verarbeitung und Einsatzgebiete Niedriglegierte kaltzähe Nickelstähle Einsatzgebiete Schweißeignung Kesselbleche und warmfeste Baustähle Schweißeignung 143

5 X Inhalt Änderung des Gefüges und der Eigenschaften Schweißtechnische Verarbeitung und Einsatzgebiete Hochlegierte Stähle Einteilung Grundwerkstoffe Nomenklatur der hochlegierten Stähle Einfluß der Legierungselemente auf das Mikrogefüge der Stähle Einteilung und Eigenschaften der korrosionsbeständigen Stähle Ferritische Chromstähle Ferritisch-martensitische Chromstähle Martensitische Chromstähle Ferritisch-austenitische Chrom- Nickel-(Duplex-)Stähle Stabile und metastabile austenitische Chrom-Nickel-Stähle Korrosion an nichtrostenden Stählen Grundlagen der Korrosion Gründe für die Korrosionsbeständigkeit der hochlegierten Chrom- und Chrom-Nickel-Stähle Korrosionsarten bei hochlegierten Stählen Interkristalline Korrosion Möglichkeiten zur Vermeidung der interkristallinen Korrosion Spalt- und Lochkorrosion Transkristalline Spannungsrißkorrosion Kontaktkorrosion Ausscheidungen und versprödende Phasen in korrosionsbeständigen Stählen Ferritische, ferritisch-martensitische und martensitische Chromstähle Karbidausscheidung Grobkornbildung Versprödung CT-Phase Austenitische und ferritisch-austenitische Chrom-Nickel-Stähle Karbidausscheidung 179

6 Inhalt XI ex-phase Chi-Phase und Laves-Phase Schweißen von hochlegierten Stählen Schaeffler-Diagramm De-Long-Diagramm Schweißeignung und schweißtechnische Verarbeitung der korrosionsbeständigen Stähle Ferritische Chromstähle Ferritisch-martensitische Chromstähle Martensitische Chromstähle Ferritisch-austensitische Stähle (Duplex-Stähle) Stabile und metastabile austenitische Chrom-Nickel-Stähle Austenit-Ferrit-Verbindungen (Schwarz-Weiß- Verbindungen) Einteilung in unterschiedliche Beanspruchungsgruppen Schweißen von Schwarz-Weiß-Verbindungen Ausgewählte Beispiele zur Anwendung des Schaeffler-Diagrammes Schweißen von Gußwerkstoffen auf Eisenbasis Bedeutung des Schweißens für die Bearbeitung von Gußwerkstoffen Eigenschaften und Bezeichnungen der wichtigsten Gußwerkstoffe Die wichtigsten Legierungselemente in Eisengußwerkstoffen Einsatzgebiete und schweißtechnische Verarbeitung der Gußwerkstoffe Stahlguß Eigenschaften und Einsatzgebiete Schweißeignung und schweißtechnische Verarbeitung Temperguß Gefüge, Eigenschaften und Einsatzgebiete Schweißeignung und schweißtechnische Verarbeitung Schwarzer Temperguß Weißer Temperguß Weißer schweißbarer Temperguß Schweißverfahren für Temperguß Gußeisen mit Kugel-oder Lamellengraphit 219

7 XII Inhalt Schweißtechnische Verarbeitung Gußeisenkaltschweißen Gußeisenwarmschweißen Steppnahtschweißen Austenitisches Gußeisen mit Kugel- oder Lamellengraphit Einsatzgebiete und Schweißeignung Schweißen von Aluminiumwerkstoffen Grundlegende Eigenschaften von Aluminium Einleitung Aufbau und Eigenschaften von Aluminium Metallkundliche Mechanismen bei der thermischen und mechanischen Behandlung von Aluminium Erholung und Rekristallisation Aushärtung Kaltverfestigung Schweißen von Aluminium Einleitung Auswirkungen der Wärmeausdehnung und -ableitung auf das Schweißergebnis Schweißen von ausgehärteten und kaltverfestigten Aluminiumlegierungen Beeinflussung des Schweißergebnisses durch die Al-Oxidschicht Heißrisse in Aluminiumlegierungen Porenbildung beim Schweißen von Aluminium Wärmebehandlung der Stähle vor dem Schweißen, während des Schweißens und nach dem Schweißen Technische Wärmebehandlung und ihre Ziele Wärmebehandlung der Stähle vor und nach dem Schweißen Grobkornglühen Normalglühen Härten Vergüten Spannungsarmglühen Wasserstoffarmglühen (soaking) Gußeisenwarmschweißen 256

8 Inhalt XIII 9.3 Wärmebehandlungen in Verbindung mit dem Schweißen Wärmebehandlung des Werkstoffes durch das Schweißen Schweißen mit Vorwärmung Isothermes Schweißen Stufenhärtungsschweißen Fehler und Schäden an Schweißverbindungen Einleitung Fehler durch unsachgemäße Fertigung Äußere Nahtfehler Schweißspritzer und Zündstellen Einbrand- und Randkerben Andere Nahtformfehler Innere Nahtfehler Bindefehler und unverschweißte Stellen Schlacken- und andere Feststoffeinschlüsse Mechanische Porenbildung Werkstoffverursachte Schweißfehler Heißrisse Erstarrungsrisse Aufschmelzungsrisse Kaltrisse Aufhärtungsrisse Wasserstoffbeeinflußte Kaltrisse Terassenbrüche Ausscheidungsrisse Hohlräume im Schweißgut Metallurgische Porenbildung Lunkerbildung Korrosion Korrosion durch Schweißfertigungsfehler Kontaktkorrosion Spaltkorrosion Selektive Korrosion an Schweißnähten Interkristalline Korrosion (IK) Spannungsinduzierte Rißkorrosion (SpRK) Prüfung von Schweißverbindungen Einleitung 303

9 XIV Inhalt 11.2 Zugversuch Dauerschwingversuch Ermittlung der Zähigkeit Technologischer Biegeversuch Kerbschlagbiegeversuch Härteprüfung Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers Härteprüfung nach Rockwell Prüfung von Schweißverbindungen Prüfung der Schweißeignung Kaltrißprüfverfahren Implant-Test Tekken-Test Heißrißverfahren Heißrißprüfung mit selbstbeanspruchenden Proben Heißrißtest mit Biegebeanspruchung Ermittlung äußerer Fehler Sichtprüfung Farbeindringverfahren Ermittlung oberflächennaher Fehler Wirbelstromverfahren Magnetinduktives Verfahren Magentpulverprüfung Ermittlung innerer Fehler Durchstrahlungsverfahren mit Röntgen- und Gammastrahlung Ultraschallverfahren Schallemissionsverfahren Prüfung der Gefügeausbildung und Ermittlung von Schweißfehlerursachen Metallographische Verfahren Makroskopische Untersuchungsverfahren Mikroskopische Untersuchungsverfahren 342 Schrifttum 348 Sachwörterverzeichnis 366