Fügen und Bearbeiten von Chrom Nickel Stahl

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Fügen und Bearbeiten von
Chrom Nickel Stahl
Fehler bei der Verarbeitung und deren
Vermeidung
Rolf Marahrens
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07.05.2009
Fügen und Bearbeiten von
Chrom Nickel Stahl
Zusammensetzung von CrNi - Stahl
l Welche Maßnahmen sind vor dem
Schweißen zu treffen
l Was ist nach dem Fügen zu beachten
l Welche Fügeverfahren haben sich bewährt
l Durchführen der Schweißung
l Praxisbeispiele
l
Rolf Marahrens
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07.05.2009
Vergleich der Stahlbezeichnungen
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Ferrit-Austenit
Ferrit/Martensit
EN 10 088-2
1.4301
1.4541
1.4404
1.4401
1.4439
1.4571
1.4462
1.4589
EN Norm Kurzname
X5CrNi 18-10
X6CrNiTi 18-10
X2CrNiMo 17-12-2
X5CrNiNo 17-12-2
X2CrNiMoN 17-13-5
X6CrNiMoTi 17-12-2
X2CrNiMoN 22-5-3
X5CrNiMoTi 15-2
ASTM/AISI
304
321
316L
316
S31726
316Ti
S31803
S42035
Der Anteil von mindestens einem Legierungselement ist größer als 5% z.B.
X5CrNiMoV 18-8-2 : 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 )
Rolf Marahrens
Quelle Thyssen Krupp Nirosta
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Eigenschaften mit Auswirkungen
auf die Verarbeitung
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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)
Rolf Marahrens
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07.05.2009
Eigenschaften mit Auswirkungen
auf die Verarbeitung
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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: 1.4370 und 1.4337 bei Einsatztemperatur unter
300°C, bei höheren Temperaturen, Nickelbasis Zusatzwerkstoff
verwenden
Rolf Marahrens
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07.05.2009
Maßnahmen vor dem Schweißen
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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 erhöhte aufnitrierung)
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
Rolf Marahrens
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07.05.2009
Maßnahmen vor dem Schweißen
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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, bitte 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
Rolf Marahrens
Quelle DVS Kompendium der Schweißtechnik
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Die Arbeitsstätte und Werkzeuge
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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
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Nach der Schweißung
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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
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Die wichtigsten Schweißgase
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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
Rolf Marahrens
Quelle EWM Schweißfibel
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07.05.2009
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
Rolf Marahrens
Quelle EWM Schweißfibel
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07.05.2009
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
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Quelle EWM Schweißfibel
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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
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Quelle EWM Schweißfibel
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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
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Quelle EWM Schweißfibel
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07.05.2009
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
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Quelle EWM Schweißfibel
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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
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Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4404
Zusatzwerkstoff
1.4430
Verfahren WIG
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Bauteile werden Elektropoliert
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07.05.2009
Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4571
Zusatzwerkstoff
1.4576
Verfahren WIG
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Bauteile gebürstet
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07.05.2009
Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4301
Zusatzwerkstoff
1.4316
Verfahren WIG
automatisiert
Oberseite
Unterseite
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Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4301
Zusatzwerkstoff
1.4316
Verfahren WIG
automatisiert
Oberseite
gebeizt
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07.05.2009
Praxisbeispiele
Oberfläche gebürstet,
innen und außen
Werkstoff 1.4571
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Zusatzwerkstoff 1.4576
Verfahren WIG
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07.05.2009
Praxisbeispiele
Werkstoff 1.4430 Zusatzwerkstoff
1.4430 Verfahren E – Hand + MAG
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Praxisbeispiele
Behälter fertig gebeizt
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Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4571
Zusatzwerkstoff
1.4576
Verfahren WIG
Bauteil gebürstet
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07.05.2009
Praxisbeispiele
Werkstoff
1.4571
Zusatzwerkstoff
1.4576
Verfahren WIG
Rohre dürfen
nicht gebeizt
werden, Einsatz in
Chemiewerk, dort
dürfen keine
Verunreinigungen
durch Restbeize
auftreten, innen
formiert, außen
gebürstet
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Praxisbeispiele
Bauteil
wird
gebeizt
Werkstoff 1.4571 Zusatzwerkstoff 1.4576 /erschmolzenes Pulver WP 380
( EN 760 SF CS 2 DC, Calcium Silikat) Verfahren UP
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Praxisbeispiele
Werkstoff
P235GH / 1.4576
Zusatzwerkstoff
1.4332 / WP 380
Verfahren UP
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