In den letzten Artikeln haben wir einige Ursachen und Vorbeugemaßnahmen für Schweißfehler an Edelstahlrohren besprochen. Heute geben wir einen Überblick über die übrigen Aspekte.
6. Krater
Die Vertiefung am Ende der Schweißnaht eines Edelstahlrohrs wird als Lichtbogenkrater bezeichnet. Dieser Lichtbogenkrater schwächt nicht nur die Festigkeit der Schweißnaht an dieser Stelle erheblich, sondern führt aufgrund der Ansammlung von Verunreinigungen auch zu Lichtbogenrissen.
Ursachen: Der Hauptgrund ist, dass die Verweilzeit des Lichtbogens zu kurz ist; der Strom ist beim Schweißen dünner Bleche zu groß.
Vorbeugende Maßnahmen: Beim Lichtbogenschweißen mit geschlossener Elektrode sollte die Elektrode eine Weile im Schmelzbad verbleiben oder eine kreisförmige Bewegung ausführen und dann zur Seite geführt werden, um den Lichtbogen zu löschen, nachdem das Schmelzbad mit Metall gefüllt ist; beim Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen muss eine ausreichende Verweilzeit eingehalten werden, und der Lichtbogen muss gelöscht werden, nachdem die Schweißnaht gefüllt ist.
7. Spaltöffnungen
Beim Schweißen von hygienischen Edelstahlrohren kann das im Schmelzbad verbleibende Gas beim Erstarren nicht entweichen. Die dadurch entstehenden Hohlräume werden als Poren bezeichnet. Porosität ist ein häufiger Schweißfehler, der in innere und äußere Porosität unterteilt wird. Die Poren können rund, oval, insektenförmig, nadelförmig oder dicht beieinander liegen. Das Vorhandensein von Poren beeinträchtigt nicht nur die Festigkeit der Schweißnaht, sondern verringert auch deren effektive Fläche und somit deren mechanische Eigenschaften.
Ursachen: Öl, Rost, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen befinden sich auf der Oberfläche und in der Nut des geschweißten Edelstahlrohrs; die Elektrodenumhüllung ist beim Lichtbogenschweißen feucht und wurde vor Gebrauch nicht getrocknet; der Lichtbogen ist zu lang oder brennt nur teilweise, wodurch der Schutz des Schmelzbades unzureichend ist und Luft in das Schmelzbad eindringt; der Schweißstrom ist zu hoch, die Elektrode glüht rot, die Umhüllung löst sich frühzeitig ab und die Schutzwirkung geht verloren; die Bedienung ist unsachgemäß, z. B. wird der Lichtbogen zu schnell geschlossen, wodurch leicht Lunker entstehen, und die Zündung der Schweißnaht ist nicht korrekt, wodurch dichte Spaltbildungen entstehen können usw.
Vorbeugende Maßnahmen: Vor dem Schweißen Öl, Rost und Feuchtigkeit in einem Bereich von 20–30 mm beidseitig der Schweißnaht entfernen; die Elektrode gemäß den Angaben in der Elektrodenanleitung hinsichtlich Temperatur und Zeit einbrennen; die Schweißprozessparameter korrekt auswählen und die Schweißung ordnungsgemäß durchführen; möglichst mit Kurzlichtbogen arbeiten. Beim Schweißen und auf der Baustelle müssen windgeschützte Einrichtungen vorhanden sein; ungeeignete Elektroden, wie z. B. solche mit Korrosion des Schweißkerns, Rissen oder Abplatzungen der Beschichtung, übermäßiger Exzentrizität usw., sind nicht zulässig.
8. Einschlüsse und Schlackeneinschlüsse
Einschlüsse sind nichtmetallische Einschlüsse und Oxide, die durch metallurgische Reaktionen im Schweißgut verbleiben. Schlackeneinschlüsse sind geschmolzene Schlacke, die in der Schweißnaht zurückbleibt. Schlackeneinschlüsse in geschweißten Edelstahlrohren lassen sich in zwei Typen unterteilen: punktförmige und streifenförmige Schlackeneinschlüsse. Schlackeneinschlüsse schwächen den effektiven Querschnitt der Schweißnaht und reduzieren dadurch deren mechanische Eigenschaften. Sie können außerdem Spannungskonzentrationen verursachen, die die Schweißkonstruktion unter Belastung leicht beschädigen können. Ursachen: Unsaubere Zwischenlagenschlacke während des Schweißprozesses; zu geringer Schweißstrom; zu hohe Schweißgeschwindigkeit; unsachgemäße Bedienung während des Schweißprozesses; nicht optimale Abstimmung der chemischen Zusammensetzung von Schweißzusatzwerkstoff und Grundwerkstoff.
Vorbeugende Maßnahmen: Elektroden mit guter Schlackenentfernungsleistung wählen; Zwischenlagenschlacke sorgfältig entfernen; Schweißprozessparameter sinnvoll wählen; Elektrodenwinkel und Transportmethode anpassen.
Bei der Auswahl einer Produktionslinie für geschweißte Rohre empfiehlt sich der Einsatz eines intelligenten SPS-Systems. Das SPS-System von Hangao Tech (SEKO Machinery) überwacht nicht nur die Produktionsdaten in Echtzeit, sondern speichert auch die Produktionsformeln für geschweißte Rohre unterschiedlicher Spezifikationen in einer Datenbank. So kann der Produktionsprozess jederzeit auf die Datenbankeinträge zugreifen.
9. Durchbrennen
Beim Schweißen tritt das geschmolzene Metall an der Rückseite der Schweißnaht aus, und der dadurch entstehende Perforationsfehler im geschweißten Edelstahlrohr wird als Durchbrennen bezeichnet. Durchbrennen ist einer der häufigsten Fehler beim Lichtbogenschweißen.
Ursachen: zu hoher Schweißstrom, zu geringe Schweißgeschwindigkeit, übermäßige Erhitzung des Schweißrohrs; zu großer Fugenspalt, zu dünne, stumpfe Kante; mangelnde Schweißerkenntnisse usw.
Vorbeugende Maßnahmen: Auswahl der geeigneten Schweißprozessparameter und der geeigneten Nutgröße; Verbesserung der praktischen Fähigkeiten des Schweißers usw.
10. Risse
Risse in geschweißten Rohren aus hygienischem Edelstahl lassen sich je nach Entstehungstemperatur und -zeit in Kalt-, Warm- und Wiedererwärmungsrisse unterteilen. Weitere Unterteilungen umfassen Längsrisse, Querrisse, Wurzelrisse, Lichtbogenkraterrisse, Schmelzlinienrisse und Risse in der Wärmeeinflusszone. Risse zählen zu den gefährlichsten Fehlern in Schweißkonstruktionen und führen nicht nur zum Ausschuss der Produkte, sondern können auch schwere Unfälle verursachen.
(1) Heißriss
Beim Schweißen entstehen Risse in der Schweißnaht und im sich im Bereich der Wärmeeinflusszone (WEG) auf hohe Temperaturen nahe der Soliduslinie abkühlenden Metall. Diese Risse werden als Heißrisse bezeichnet. Sie stellen einen gefährlichen Schweißfehler dar, der unbedingt vermieden werden muss. Je nach Entstehungsmechanismus, Temperaturbereich und Form lassen sich Heißrisse in geschweißten Rohren in Kristallisationsrisse, Hochtemperatur-Verflüssigungsrisse und Hochtemperatur-Niedrigplastizitätsrisse unterteilen.
Ursache: Hauptgrund ist, dass das niedrigschmelzende Eutektikum und Verunreinigungen im Schmelzbad während des Kristallisationsprozesses zu starker intra- und interkristalliner Entmischung führen. Gleichzeitig werden die Korngrenzen unter Schweißspannung auseinandergezogen, wodurch Heißrisse entstehen. Heißrisse treten typischerweise bei austenitischem Edelstahl, Nickel- und Aluminiumlegierungen auf. Kohlenstoffarmer Stahl neigt im Allgemeinen nicht zu Heißrissen beim Schweißen, jedoch steigt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt auch die Neigung zur Heißrissbildung. Vorbeugende Maßnahmen: Der Gehalt an schädlichen Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor in geschweißten Edelstahlrohren und Schweißzusätzen muss streng kontrolliert werden, um die Heißrissneigung zu verringern. Die chemische Zusammensetzung des Schweißguts kann angepasst werden, um das Schweißgefüge zu verbessern, das Korn zu verfeinern, die Plastizität zu erhöhen und den Grad der Entmischung zu reduzieren oder zu verteilen. Alkalische Schweißzusätze können verwendet werden, um den Gehalt an Verunreinigungen im Schweißgut zu senken und den Grad der Entmischung zu verbessern. Geeignete Schweißprozessparameter sollten gewählt, der Schweißzusatz entsprechend erhöht und Mehrlagen- bzw. Mehrpassschweißverfahren angewendet werden. Verwenden Sie die gleiche Austrittsplatte wie für das Grundmetall oder löschen Sie den Lichtbogen allmählich und füllen Sie den Lichtbogenkrater auf, um thermische Risse im Lichtbogenkrater zu vermeiden.
(2) Kälterisse
Die Risse, die beim Abkühlen der Schweißverbindung auf eine niedrigere Temperatur (bei Stahl unterhalb der Schmelztemperatur) entstehen, werden als Kaltrisse bezeichnet. Kaltrisse können unmittelbar nach dem Schweißen auftreten oder erst nach einiger Zeit (Stunden, Tage oder sogar länger). Diese Art von Riss wird auch als verzögerter Riss bezeichnet. Sie birgt eine große Gefahr.
Ursachen: Die drei Hauptfaktoren, die zu Kaltrissen führen, sind die durch die Martensit-Umwandlung entstandene gehärtete Struktur, die durch die starke Behinderung verursachten Schweißrestspannungen und der im Schweißgut verbleibende Wasserstoff.
Vorbeugende Maßnahmen: Verwenden Sie wasserstoffarme Schweißzusätze und härten Sie diese vor Gebrauch gemäß den Anweisungen aus. Entfernen Sie Öl und Feuchtigkeit von den Schweißteilen vor dem Schweißen, um den Wasserstoffgehalt in der Schweißnaht zu reduzieren. Wählen Sie geeignete Schweißprozessparameter und Wärmeeinbringung, um die Aushärtungsneigung der Schweißnaht zu verringern. Führen Sie unmittelbar nach dem Schweißen eine Wasserstoffentfernung durch, um den Wasserstoff aus der Schweißverbindung zu entfernen. Bei Edelstahlrohren mit hoher Aushärtungsneigung kann eine Vorwärmung vor dem Schweißen und eine rechtzeitige Wärmebehandlung nach dem Schweißen die Struktur und Qualität der Verbindung verbessern. Wenden Sie verschiedene technologische Maßnahmen an, um Schweißspannungen zu reduzieren.
(3) Wiedererhitzungsrisse
Nach dem Schweißen wird das geschweißte Edelstahlrohr innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erneut erhitzt (Spannungsarmglühen oder ein anderes Erwärmungsverfahren), und die dabei entstehenden Risse werden als Wiedererwärmungsrisse bezeichnet.
Ursachen: Wiedererwärmungsrisse treten typischerweise in niedriglegierten, hochfesten Stählen, perlitischen, hitzebeständigen Stählen und Edelstählen mit Vanadium, Chrom, Molybdän, Bor und anderen Legierungselementen auf. Nach dem Schweißvorgang erwärmen sich diese Stähle bis in den empfindlichen Bereich (550–650 °C). Die meisten Risse entstehen in der grobkörnigen Zone der Wärmeeinflusszone. Wiedererwärmungsrisse treten vorwiegend in geschweißten Edelstahlrohren und an Stellen mit Spannungskonzentrationen auf; auch bei Mehrlagenschweißungen können sie vorkommen.
Vorbeugende Maßnahmen: Unter der Voraussetzung, dass die Konstruktionsanforderungen erfüllt werden, sollten Schweißzusätze mit geringer Festigkeit gewählt werden, sodass die Schweißnahtfestigkeit niedriger ist als die des Grundwerkstoffs und sich die Spannungen in der Schweißnaht abbauen, um Risse in der Wärmeeinflusszone zu vermeiden; Schweißrestspannungen und Spannungskonzentrationen sollten minimiert werden; die Wärmeeinbringung beim Schweißen des Rohrs sollte kontrolliert, die Vorwärm- und Wärmebehandlungstemperatur angemessen gewählt und empfindliche Bereiche so weit wie möglich ausgespart werden.
