Vier Arten von Edelstahl und die Rolle der Legierungselemente:
Edelstahl lässt sich in vier Haupttypen einteilen: austenitischen, martensitischen, ferritischen und Duplex-Edelstahl (Tabelle 1). Diese Einteilung basiert auf dem Mikrogefüge von Edelstahl bei Raumtemperatur. Wird kohlenstoffarmer Stahl auf 1550 °C erhitzt, wandelt sich sein Mikrogefüge von Raumtemperaturferrit zu Austenit. Beim Abkühlen bildet sich wieder Ferrit. Austenit, der bei hohen Temperaturen vorliegt, ist nicht magnetisch und weist im Allgemeinen eine geringere Festigkeit, aber eine bessere Duktilität als Raumtemperaturferrit auf.
Wenn der Chromgehalt (Cr) im Stahl 16 % übersteigt, fixiert sich das Gefüge bei Raumtemperatur in der Ferritphase und bleibt über den gesamten Temperaturbereich stabil. Dieser Stahltyp wird als ferritischer Edelstahl bezeichnet. Liegt der Chromgehalt (Cr) über 17 % und der Nickelgehalt (Ni) über 7 %, stabilisiert sich die Austenitphase und bleibt von tiefen Temperaturen bis zum Schmelzpunkt erhalten.
Austenitischer Edelstahl wird üblicherweise als „Cr-N“-Typ bezeichnet, während martensitische und ferritische Edelstähle direkt als „Cr“-Typ bezeichnet werden. Die Elemente in Edelstahl und Schweißzusatzwerkstoffen lassen sich in austenitbildende und ferritbildende Elemente unterteilen. Zu den wichtigsten austenitbildenden Elementen zählen Ni, C, Mn und N, während die wichtigsten ferritbildenden Elemente Cr, Si, Mo und Nb umfassen. Durch die Anpassung des Gehalts dieser Elemente kann der Ferritanteil in der Schweißverbindung gesteuert werden.
Austenitischer Edelstahl, insbesondere mit einem Stickstoffgehalt (N) von unter 5 %, lässt sich leichter schweißen und bietet eine höhere Schweißnahtqualität als Edelstähle mit geringerem N-Gehalt. Schweißverbindungen austenitischem Edelstahl weisen eine gute Festigkeit und Duktilität auf, wodurch Vor- und Nachbehandlungen vor dem Schweißen oft überflüssig werden. Im Bereich des Edelstahlschweißens macht austenitischer Edelstahl 80 % des gesamten Edelstahlverbrauchs aus und steht daher im Mittelpunkt dieses Artikels.
Wie man das richtige auswähltEdelstahlschweißenVerbrauchsmaterialien, Drähte und Elektroden?
Bei gleichem Grundwerkstoff gilt die Regel „passender Grundwerkstoff“. Beispielsweise wählt man bei der Verwendung von Kohle in Verbindung mit Edelstahl 310 oder 316 den entsprechenden Kohlewerkstoff. Beim Schweißen ungleicher Werkstoffe sollte man sich an die Richtlinie halten, einen Grundwerkstoff mit einem hohen Legierungselementgehalt zu wählen. Beispielsweise verwendet man beim Schweißen von Edelstahl 304 und 316 Schweißzusätze vom Typ 316. Es gibt jedoch auch viele Sonderfälle, in denen das Prinzip „passender Grundwerkstoff“ nicht gilt. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Tabelle zur Auswahl der Schweißzusätze zu konsultieren. Beispielsweise ist Edelstahl 304 der gängigste Grundwerkstoff, aber es gibt keine Schweißelektroden vom Typ 304.
Wenn das Schweißmaterial zum Grundwerkstoff passen muss, wie wählt man dann das Schweißmaterial zum Schweißen von 304 Edelstahldraht und -elektrode aus?
Beim Schweißen von Edelstahl 304 sollten Schweißzusätze des Typs 308 verwendet werden, da die zusätzlichen Elemente im Edelstahl 308 die Schweißnaht besser stabilisieren. Auch 308L ist eine geeignete Wahl. Das „L“ steht für niedrigen Kohlenstoffgehalt. Edelstahl 3XXL weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,03 % auf, während Standard-Edelstahl 3XX bis zu 0,08 % Kohlenstoff enthalten kann. Da Schweißzusätze des Typs L derselben Klassifizierung wie andere Schweißzusätze angehören, sollten Hersteller deren Verwendung in Betracht ziehen, da der niedrige Kohlenstoffgehalt die Neigung zu interkristalliner Korrosion verringert. Der Autor ist überzeugt, dass L-förmige Werkstoffe künftig häufiger zum Einsatz kommen werden, wenn Hersteller ihre Produkte modernisieren möchten. Hersteller, die GMAW-Schweißverfahren anwenden, erwägen zudem den Einsatz von Edelstahl des Typs 3XXSi, da die Si-Phase die Benetzung und Dichtheit verbessert. Wenn das Kohlestück einen höheren Scheitelpunkt aufweist oder die Verbindung des Schmelzbades am Schweißnahtfuß einer Winkelnaht oder einer Überlappungsnaht schlecht ist, kann die Verwendung von schwefelhaltigem Schutzgasschweißdraht das Kohleflöz befeuchten und die Abschmelzleistung verbessern.
Veröffentlichungsdatum: 26. September 2023