Unter dem Einfluss von Schweißspannungen und anderen Versprödungsfaktoren wird die atomare Bindungskraft des Metalls im Bereich der Schweißnaht eines Stahlrohrs zerstört. Der durch die neue Grenzfläche entstehende Spalt wird als Schweißriss bezeichnet. Er weist scharfe Kerben und ein hohes Aspektverhältnis auf.
(1) Charakteristika von thermischen Rissfehlern: Beim Schweißen von Stahlrohren entstehen Risse, wenn das Metall der Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone in die Hochtemperaturzone nahe dem Solidus abkühlt.
Ursache: Dies ist das Ergebnis des Zusammenwirkens der durch das niedrigschmelzende Eutektikum während der Abkühlung und Kristallisation des Schmelzbades gebildeten Flüssigkeitsschicht und der Erstarrung unter Zugspannung. Eine Verstärkung eines dieser Faktoren kann die Bildung von thermischen Rissen begünstigen.
Vorbeugende Maßnahmen: Der Gehalt an schädlichen Verunreinigungen in der Stahlrohrschweißnaht, d. h. der Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor, ist zu kontrollieren und die Bildung von niedrigschmelzendem Eutektikum im Schmelzbad zu reduzieren. Der Schwefel- und Phosphorgehalt im Metall des geschweißten Stahlrohrs liegt im Allgemeinen unter 0,03 %. Der Massenanteil an Kohlenstoff im Schweißdraht überschreitet 0,12 % nicht. Für das Schweißen wichtiger Bauteile sind Basisschweißstäbe oder -pulver zu verwenden. Die Schweißparameter sind zu kontrollieren, der Schweißnahtformkoeffizient der Stahlrohre ist entsprechend zu erhöhen und tiefe sowie schmale Schweißnähte sind zu vermeiden. Es empfiehlt sich, Mehrlagenschweißen anzuwenden, vor dem Schweißen vorzuwärmen und nach dem Schweißen langsam abzukühlen, die Schweißnahtform korrekt zu wählen, die Schweißfolge sinnvoll zu gestalten und möglichst symmetrisch zu schweißen. Lichtbogeneinschlüsse sind zu verwenden, um die Lichtbogengrube nach außen zu leiten, sodass selbst bei Auftreten von Lichtbogengrubenrissen die Schweißnaht selbst nicht beeinträchtigt wird.
(2) Charakteristika von Kaltrissfehlern: Schweißrisse, die entstehen, wenn die Verbindungen von geschweißten Stahlrohren auf eine niedrigere Temperatur (200 bis 300 °C bei Stahl) abgekühlt werden, werden als Kaltrisse bezeichnet.
Ursachen: Kaltrisse treten hauptsächlich bei mittelgekohltem Stahl, niedriglegiertem Stahl und mittellegiertem hochfestem Stahl auf. Die Gründe hierfür sind: Das Schweißgut selbst neigt stärker zur Aushärtung; im Schmelzbad löst sich eine große Menge Wasserstoff; die Schweißnaht erzeugt während des Schweißprozesses hohe Spannungen.
Vorbeugende Maßnahmen: Vor dem Schweißen Schweißdraht und Flussmittel gemäß den Vorgaben gründlich trocknen, um die Wasserstoffbildung zu minimieren. Schweißnaht und Schweißnahtseiten sorgfältig von Schmutz, Feuchtigkeit und Rost befreien und die Umgebungstemperatur kontrollieren. Hochwertige, wasserstoffarme Schweißzusätze und Schweißverfahren verwenden. Beim Schweißen von niedriglegiertem, hochfestem Stahl mit hoher Härtbarkeit austenitische Edelstahlelektroden einsetzen. Schweißparameter, Vorwärmen, langsames Abkühlen, Nachwärmen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen korrekt wählen. Eine sinnvolle Schweißfolge wählen, um die Schweißspannungen zu reduzieren. Schweißstrom und Schweißgeschwindigkeit angemessen erhöhen, um die Abkühlgeschwindigkeit der Wärmeeinflusszone zu verlangsamen und die Bildung von Hartgefüge zu verhindern.
(3) Merkmale von Wiedererwärmungsrissen: Risse, die durch Wiedererwärmung des Schweißguts innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs nach dem Schweißen (z. B. Spannungsarmglühen oder Mehrlagenschweißen) entstehen, werden als Wiedererwärmungsrisse bezeichnet.
Ursache: Wiedererwärmungsrisse treten typischerweise im Bereich von 1200–1350 °C nahe der Schmelzlinie auf. Die Erhitzungstemperatur für Wiedererwärmungsrisse in niedriglegiertem, hochfestem Stahl liegt bei etwa 580–650 °C. Mit steigendem Gehalt an Legierungselementen wie Chrom, Molybdän und Thrombin erhöht sich die Neigung zu Wiedererwärmungsrissen.
Vorbeugende Maßnahmen: Die chemische Zusammensetzung des Stahlrohrs und des Schweißguts kontrollieren und den Gehalt an Elementen, die einen großen Einfluss auf die Wiedererwärmungsrissbildung haben (wie Chrom, Vanadium und Bor), entsprechend anpassen. Die Steifigkeit der Verbindung und die Spannungskonzentration reduzieren und die Schweißnaht sowie deren Grenzfläche zum Grundwerkstoff glatt schleifen. Beim Schweißen eine hohe Wärmeeinbringung verwenden. Die Vor- und Nachwärmtemperaturen erhöhen. Prozessmaßnahmen zur Reduzierung der Schweißspannungen ergreifen, z. B. die Verwendung von Elektroden mit kleinem Durchmesser, das Schweißen mit kleinen Schweißparametern und das Vermeiden von Elektrodenschwingungen während des Schweißens. Beim Spannungsarmglühen die kritische Temperaturzone, die zur Wiedererwärmungsrissbildung führt, meiden. Die kritische Temperaturzone variiert je nach Stahlsorte.
Veröffentlichungsdatum: 09.04.2025