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Oct 05, 2023

5 Tipps zum Schweißen von Edelstahlrohren und -rohren

Edelstahl ist nicht unbedingt schwer zu bearbeiten, aber das Schweißen von Edelstahl erfordert viel Liebe zum Detail. Es leitet Wärme nicht so gut ab wie Weichstahl oder Aluminium und kann Verluste erleiden

Edelstahl ist nicht unbedingt schwer zu bearbeiten, aber das Schweißen von Edelstahl erfordert viel Liebe zum Detail. Es leitet die Wärme nicht so gut ab wie Baustahl oder Aluminium und kann einen Teil seiner Korrosionsbeständigkeit verlieren, wenn ihm zu viel Hitze zugeführt wird. Best Practices können zur Aufrechterhaltung der Korrosionsbeständigkeit beitragen. Bilder: Miller Electric

Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl macht ihn zu einer attraktiven Wahl für viele kritische Rohr- und Leitungsanwendungen, einschließlich hochreiner Lebensmittel- und Getränkeanwendungen, pharmazeutischer Anwendungen, Druckbehälter und petrochemischer Anwendungen. Allerdings leitet das Material die Wärme nicht so gut ab wie Baustahl oder Aluminium, und schlechte Schweißpraktiken können die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. Zu hohe Wärmezufuhr und die Verwendung des falschen Zusatzmetalls sind zwei Übeltäter.

Das Befolgen einiger Best Practices für das Schweißen von Edelstahl kann dazu beitragen, die Ergebnisse zu verbessern und sicherzustellen, dass das Metall seine Korrosionsbeständigkeit beibehält. Darüber hinaus kann die Modernisierung des Schweißprozesses zu Produktivitätssteigerungen führen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.

Beim Schweißen von Edelstahl ist die Auswahl des Schweißzusatzwerkstoffs entscheidend für die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts. Das zum Schweißen von Edelstahlrohren und -rohren verwendete Zusatzmetall sollte die Schweißeigenschaften verbessern und die Anwendungsanforderungen erfüllen.

Suchen Sie nach Füllmetallen mit der Bezeichnung „L“, wie z. B. ER308L, da diese einen niedrigeren maximalen Kohlenstoffgehalt bieten, was dazu beiträgt, die Korrosionsbeständigkeit in rostfreien Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt aufrechtzuerhalten. Das Schweißen eines kohlenstoffarmen Grundmaterials mit einem Standardzusatzwerkstoff kann den Kohlenstoffgehalt der Schweißverbindung erhöhen und dadurch das Korrosionsrisiko erhöhen. Vermeiden Sie Füllmetalle mit der Bezeichnung „H“, da diese einen höheren Kohlenstoffgehalt bieten und für Anwendungen konzipiert sind, die eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen erfordern.

Beim Schweißen von rostfreien Stählen ist es außerdem wichtig, ein Schweißzusatzwerkstoff mit geringen Spurenelementen (auch Fremdelemente genannt) zu wählen. Dabei handelt es sich um Restelemente – darunter Antimon, Arsen, Phosphor und Schwefel – in den Rohstoffen, die zur Herstellung von Zusatzwerkstoffen verwendet werden. Sie können die Korrosionsbeständigkeit des Materials erheblich beeinträchtigen.

Da Edelstahl sehr empfindlich auf Wärmeeintrag reagiert, spielen die Vorbereitung der Verbindung und die richtige Montage eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle der Wärme, um die Eigenschaften des Materials beizubehalten. Bei Lücken oder ungleichmäßiger Passung zwischen den Teilen muss der Brenner länger an einer Stelle bleiben und es wird mehr Zusatzwerkstoff benötigt, um diese Lücken zu füllen. Dies führt zu einem Wärmestau im betroffenen Bereich, der das Teil überhitzen kann. Eine schlechte Passung kann es auch schwieriger machen, Lücken zu überbrücken und die erforderliche Schweißnahtdurchdringung zu erreichen. Achten Sie darauf, dass die Teile bei Edelstahl so perfekt wie möglich zusammenpassen.

Auch bei diesem Material ist Sauberkeit sehr wichtig. Sehr geringe Mengen an Verunreinigungen oder Schmutz in der Schweißverbindung können zu Mängeln führen, die die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Endprodukts beeinträchtigen. Um das Grundmaterial vor dem Schweißen zu reinigen, verwenden Sie eine spezielle Bürste speziell für Edelstahl, die nicht für Kohlenstoffstahl oder Aluminium verwendet wurde.

Bei Edelstahl ist die Sensibilisierung die Hauptursache für den Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Dies kann auftreten, wenn Schweißtemperaturen und Abkühlraten zu stark schwanken und sich die Mikrostruktur des Materials verändert.

Diese Außenschweißnaht an einem Edelstahlrohr, die mit GMAW und regulierter Metallabscheidung (RMD) ohne Rückspülung für die Wurzellage geschweißt wurde, ähnelt in Aussehen und Qualität Schweißnähten, die mit GTAW mit Rückspülung hergestellt wurden.

Ein wesentlicher Bestandteil der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl ist Chromoxid. Wenn der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht jedoch zu hoch ist, bilden sich Chromkarbide. Diese binden das Chrom und verhindern die Bildung des benötigten Chromoxids, das Edelstahl seine Korrosionsbeständigkeit verleiht. Ohne ausreichend Chromoxid weist das Material nicht die gewünschten Eigenschaften auf und es kann zu Korrosion kommen.

Um eine Sensibilisierung zu verhindern, kommt es auf die Auswahl des Zusatzwerkstoffes und die Kontrolle der Wärmezufuhr an. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, für das Schweißen von Edelstahl einen kohlenstoffarmen Schweißzusatz zu wählen. Manchmal wird jedoch Kohlenstoff benötigt, um für bestimmte Anwendungen Festigkeit zu gewährleisten. Wenn es nicht möglich ist, ein Füllmetall mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu wählen, ist die Kontrolle der Hitze besonders wichtig.

Minimieren Sie die Zeit, in der die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone hohen Temperaturen ausgesetzt sind – im Allgemeinen werden 500 bis 800 °C (950 bis 1.500 °F) angenommen. Je weniger Zeit eine Schweißung in diesem Bereich verbringt, desto weniger Hitze kann entstehen. Überprüfen und halten Sie stets die Zwischenlagentemperaturen im Schweißverfahren für die Anwendung ein.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Zusatzwerkstoffen mit Legierungsbestandteilen wie Titan und Niob, die die Bildung von Chromkarbiden verhindern. Da diese Inhaltsstoffe auch die Festigkeit und Zähigkeit beeinflussen, können diese Zusatzmetalle nicht in allen Anwendungen eingesetzt werden.

Die Verwendung des Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißens (GTAW) für die Wurzellage ist die traditionelle Methode zum Schweißen von Rohren und Rohren aus rostfreiem Stahl. Dies erfordert normalerweise eine Rückspülung mit Argongas, um eine Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht zu verhindern. Bei Edelstahlrohren und -rohren kommt jedoch immer häufiger der Einsatz von Drahtschweißverfahren zum Einsatz. Bei diesen Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie sich die verschiedenen Schutzgase auf die Korrosionsbeständigkeit des Materials auswirken.

Traditionell werden beim Schweißen von rostfreiem Stahl mit dem Gas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren (GMAW) Mischungen aus Argon und Kohlendioxid, Argon und Sauerstoff oder Dreigasmischungen (Helium, Argon und Kohlendioxid) verwendet. Oft enthalten diese Mischungen hauptsächlich Argon oder Helium und weniger als 5 % Kohlendioxid, da Kohlendioxid Kohlenstoff in das Schweißbad einbringen und das Risiko einer Sensibilisierung erhöhen kann. Reines Argon wird für das MSG-Schweißen von Edelstahl nicht empfohlen.

Fülldrähte für Edelstahl sind für den Betrieb mit herkömmlichen Mischungen aus 75 % Argon und 25 % Kohlendioxid ausgelegt. Das Flussmittel enthält Inhaltsstoffe, die verhindern sollen, dass der Kohlenstoff im Schutzgas die Schweißnaht verunreinigt.

Mit der Weiterentwicklung der GMAW-Verfahren wurde das Schweißen von Edelstahlrohren und -rohren vereinfacht. Während für einige Anwendungen immer noch das GTAW-Verfahren erforderlich ist, können fortschrittliche Drahtverfahren in vielen rostfreien Anwendungen eine ähnliche Qualität und eine viel bessere Produktivität bieten.

Eine mit GMAW RMD hergestellte Innenschweißnaht auf Edelstahl ähnelt in Qualität und Aussehen der entsprechenden Außenschweißnaht.

Durch die Verwendung eines modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahrens wie Regulated Metal Deposition (RMD) von Miller für die Wurzellage entfällt die Rückspülung bei bestimmten austenitischen Edelstahlanwendungen. Auf die RMD-Wurzelschicht können Füll- und Kappendurchgänge für das gepulste GMAW- oder Fülldraht-Lichtbogenschweißen folgen – eine Änderung, die im Vergleich zur Verwendung von GTAW mit Rückspülung Zeit und Geld spart, insbesondere bei größeren Rohren.

RMD verwendet eine präzise kontrollierte Kurzschluss-Metallübertragung, die einen ruhigen, stabilen Lichtbogen und eine Schweißpfütze erzeugt. Dies führt zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit einer Kaltüberlappung oder einer fehlenden Verschmelzung, zu weniger Spritzern und zu einer qualitativ hochwertigeren Wurzellage am Rohr. Die präzise kontrollierte Metallübertragung sorgt außerdem für eine gleichmäßige Tröpfchenabscheidung und erleichtert die Kontrolle der Pfütze und damit der Wärmezufuhr und Schweißgeschwindigkeit.

Ein unkonventioneller Prozess kann die Schweißproduktivität steigern. Bei Verwendung von RMD kann die Schweißgeschwindigkeit zwischen 6 und 12 Zoll/Minute liegen. Da das Verfahren eine Steigerung der Produktivität ermöglicht, ohne dem Teil zusätzliche Wärme zuzuführen, trägt es dazu bei, die Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl zu erhalten. Der reduzierte Wärmeeintrag des Prozesses trägt außerdem dazu bei, die Verformung des Grundmaterials zu kontrollieren.

Dieses gepulste GMAW-Verfahren bietet im Vergleich zur herkömmlichen Sprühimpulsübertragung eine kürzere Lichtbogenlänge, einen schmaleren Lichtbogenkegel und eine geringere Wärmezufuhr. Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, sind Lichtbogenwanderungen und Schwankungen im Abstand zwischen Spitze und Werkstück praktisch ausgeschlossen. Dies ermöglicht eine einfachere Pfützenkontrolle beim In-Position- und Out-of-Position-Schweißen. Schließlich ermöglicht die Kopplung von gepulstem GMAW für Füll- und Verschlussdurchgänge mit RMD für den Wurzeldurchgang Schweißverfahren mit einem Draht und einem Gas, wodurch Prozesswechselzeiten entfallen.