Merkblatt 823Schweißen von Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Die Informations-stelle Edelstahl Rostfrei

Die Informationsstelle Edelstahl Rost-frei (ISER) ist eine Gemeinschafts-organisation von Unternehmen undInstitutionen aus den Bereichen– Edelstahlherstellung,– Edelstahlhandel und Anarbeitung,– Edelstahlverarbeitung,– Oberflächenveredelung,– Legierungsmittelindustrie und– Marktforschung und Verlage für

nichtrostende Stähle.

Die Aufgaben der ISER umfassendie firmenneutrale Information überEigenschaften und Anwendungen vonEdelstahl Rostfrei. Schwerpunkte derAktivitäten sind– praxisbezogene, zielgruppenorien-

tierte Publikationen,– Pressearbeit für Fach- und Publi-

kumsmedien,– Messebeteiligungen,– Durchführung von Schulungsveran-

staltungen,– Errichtung von Kompetenzzentren

„Edelstahl Rostfrei-Verarbeitung“,– Informationen über Bezugsmöglich-

keiten von Produkten aus EdelstahlRostfrei,

– individuelle Bearbeitung techni-scher Anfragen.

Ein aktuelles Schriftenverzeichnis wirdauf Anforderung gerne übersandt.

Impressum

Merkblatt 823Schweißen von Edelstahl Rostfrei4. überarbeitete Auflage 2004aktualisierter Nachdruck 2007

Herausgeber:Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 22 0540013 DüsseldorfTelefon: 0211 / 67 07-8 36Telefax: 0211 / 67 07-3 44Internet: www.edelstahl-rostfrei.deE-Mail: info@edelstahl-rostfrei.de

Autoren:Dipl.-Ing. L. Faust, DortmundDr. D. Grimme, NL-CV BochltzDipl.-Ing. G. Metting, DuisburgDr.-Ing. M. Nagel, AachenDipl.-Ing. S. Nestler, HammDipl.-Ing. SFI H.-D. Prinz, EisenbergDipl.-Ing. S. Schreiber, DuisburgDr. F.W. Strassburg, KempenDipl.-Ing. Rainer Trillmich,MeinerzhagenDr. G. Uhlig, KrefeldDr.-Ing. H. Wehner, Trebur

Abbildungen:Stefan Elgaß, GeretsriedThyssenKrupp Nirosta GmbH,Krefeld Thyssen Laser-Technik GmbH, AachenBilder 3, 4, 5, 6, 7, 11 wiedergegebenmit Erlaubnis des DIN Deutsches Insti-tut für Normung e.V.Maßgebend für das Anwenden derNormen ist deren Fassung mit demneuesten Ausgabedatum, die bei derBeuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6,10787 Berlin, erhältlich ist.

Die in dieser Broschüre enthaltenenInformationen vermitteln Orientie-rungshilfen. Gewährleistungsansprü-che können hieraus nicht abgeleitetwerden. Nachdrucke bzw. Veröffentli-chungen im Internet, auch auszugs-weise, sind nur mit schriftlicherGenehmigung des Herausgebers undmit deutlicher Quellenangabe ge-stattet.

InhaltSeite

1 Einleitung 12 Grundwerkstoffe 12.1 Metallkundliche Merkmale

der nichtrostenden Stähle in bezug auf das Schweißen 1

2.2 Korrosionseigenschaften 23 Schweißprozesse 33.1 Schmelzschweißen 33.1.1 Lichtbogenhandschweißen

mit umhüllter Stabelektrode 33.1.2 Schutzgasschweißen 4

Wolfram-Inertgasschweißen(WIG)Plasmalichtbogenschweißen(WPL)Metall-Schutzgasschweißen(MSG)

3.1.3 Laserstrahlschweißen 63.1.4 Unterpulverschweißen (UP) 83.2 Preßschweißverfahren 93.2.1 Widerstandspreßschweißen 93.2.2 Bolzenschweißen 114 Schweißzusätze 144.1 Schweißzusätze für

austenitische Stähle 144.2 Schweißzusätze für

ferritisch-austenitischeStähle 14

4.3 Schweißzusätze fürferritische Stähle 14

5 Vorbereiten und Ausführender Schweißarbeiten 14

5.1 Schweißnahtvorbereitung 145.2 Schweißausführung 166 Nachbehandlung von

Schweißverbindungen 166.1 Bürsten 166.2 Schleifen und Polieren 166.3 Strahlen 176.4 Beizen 177 Artverschiedene

Verbindungen 178 Schweißen auf der

Baustelle 179 Schweißaufsicht,

Herstellerqualifikation 199.1 Gütesicherung der Schweiß-

arbeiten, Anforderungenan die Betriebe 19

9.2 Voraussetzungen für dieHerstellerqualifikation zumSchweißen nichtrostender Stähle 19

9.3 Schweißerprüfung fürnichtrostende Stähle 19

10 Schrifttum 1911 Normen und Regelwerke 20

1

1 Einleitung

„Edelstahl Rostfrei“ ist ein Sammel-begriff für die nichtrostenden Stähle.Diese enthalten mindestens 10,5%Chrom. Höhere Chromgehalte undweitere Legierungsbestandteile, ins-besondere Nickel, Molybdän, Titanund Niob, verbessern die Korrosions-beständigkeit und beeinflussen auchdie mechanischen Eigenschaften.

Edelstahl Rostfrei hat in seinerüber 90jährigen Geschichte wegenseiner hohen Korrosionsbeständig-keit, guten mechanischen Eigenschaf-ten und ausgezeichneten Verarbeit-barkeit wesentliche Bedeutung fürIndustrie und Wirtschaft erlangt.

Weltweit werden jährlich über 28 Mil-lionen Tonnen rostfreier Stähleerzeugt, der überwiegende Teil in Formvon Flachprodukten, aber auch alsStangen, Drähte, Rohre, Schmiede-stücke und Formguß.

Alle diese Erzeugnisse werdenvorwiegend durch Schmelzschweißen,in geringerem Umfang durch Wider-standsschweißen und Löten gefügt.

Von der großen Zahl weltweitgenormter Stähle (z.B. EN 10088) werden einige Sorten besondersumfangreich für zahlreiche Anwen-dungen eingesetzt. Für diese Sor-ten werden in der vorliegenden Schrift allgemeine Erfahrungen undEmpfehlungen zum Schweißen ge-geben. Bei speziellen Fragen sind die Hersteller der Stähle und derSchweißzusätze zu weiteren Aus-künften bereit.

Die Angaben zu den Grund- undZusatzwerkstoffen entsprechen deneuropäischen und den deutschen Nor-men bzw. Stahl-Eisen-Werkstoffblät-tern und den DVS-Merkblättern.

2 Grundwerkstoffe

Die vorliegende Schrift behandelt dasSchweißen von ausgewählten, häufigverwendeten Stählen aus den Gruppender austenitischen Chrom-Nickel-(Molybdän)-Stähle, der ferritisch-aus-tenitischen (Duplex-)Stähle und der fer-ritischen Stähle (Tabelle1).

Weitergehende Angaben zu denGrundwerkstoffen enthalten die Bro-schüren der Informationsstelle Edel-stahl Rostfrei „Edelstahl Rostfrei-Eigenschaften (MB 821)“ und „DieVerarbeitung von Edelstahl Rostfrei(MB 822)“.

Bei allen Rostfrei-Sorten beruht dieKorrosionsbeständigkeit auf der Pas-sivität der Werkstückoberfläche, diesich bei Anwesenheit von Sauerstoff

in dem umgebenden Medium (z.B.Luft) ausbildet. Diese Passivschicht istein optisch nicht erkennbarer, dünneramorpher Film von etwa 10-5 mmDicke. Nach Beschädigung der Pas-sivschicht bildet sich diese neu, solange Sauerstoff aus der Umgebungzur Verfügung steht.

2.1 MetallkundlicheMerkmale der nicht-rostenden Stähle in bezugauf das Schweißen

Die hier erfaßten Chromstähle habenein ferritisches Gefüge mit kubisch-raumzentriertem Gitter, die Chrom-Nickel-Stähle ein austenitisches Gefü-

Tabelle 1: Einige für das Schweißen wichtige physikalische Eigenschaften ausgewählter nichtrostender Stähle im Ver-gleich zu unlegiertem Baustahl

Stahlsorte

Kurzname Werkstoff-Nr.

unlegierter Baustoff

Wärmeleit-fähigkeitbei 20 °CW/(m · K)

elektr.Widerstandbei 20 °C

Ω · mm2/m

Wärmeausdehnungzwischen 20 und 100 °C

10-6 · K-1

X5CrNi18-10X2CRNi18-9X6CrNiTi18-10X2CrNiN18-7X5CrNiMo17-12-2X2CrNiMo17-12-2X6CrNiMoTi17-12-2X2CrNiMo18-14-3X2CrNiMoN17-13-5X1CrNiMoCuN20-18-7X1NiCrMoCu25-20-5X1NiCrMoCu25-20-7X2CrNiMnMoNbN25-18-5-4X2CrNiMoN22-5-3X2CrNi12X6Cr17X3CrNb17X2CrTi12

1.43011.43071.45411.43181.44011.44041.45711.44351.44391.45471.45391.45291.45651.44621.40031.40161.45111.4512

50 0,22 12,0

15

14

12

15

25

0,73

0,80

0,75

0,85

1,00

0,920,80

0,60

16,0

16,4

16,5

15,8

14,513,010,410,010,010,5

2

ge mit kubisch-flächen-zentriertemGitter. Ferritisch-austenitische Stählewie z.B. der Stahl mit der Werkstoff-Nr. 1.4462 haben ein Mischgefüge ausFerrit und Austenit.

Die beiden Gefügearten weisen nebender unterschiedlichen Korrosionsbe-ständigkeit der Stähle unterschiedli-che Festigkeits- und Umformeigen-schaften auf, die auch für dasSchmelzschweißen der Stähle vonBedeutung sind.

Die ferritischen Chromstähle, insbe-sondere die nichtstabilisierten Sorten,haben eine geringere Bruchdehnungund Zähigkeit, die beim Schweißengrößere Aufmerksamkeit in bezug auf Schweißzusatz, -verfahren undWärmeeinbringen erfordert, um Rissebeim Schweißen zu vermeiden.

Das Gundgefüge der nichtrostendenaustenitischen Standardstähle ist imWalz- und Schmiedezustand vollau-stenitisch, sowohl bei Raumtempera-tur als auch bei hohen Temperaturen.Die chemische Zusammensetzung derStähle ist so abgestimmt, daß imSchweißgut kleine Anteile von Delta-ferrit entstehen. Diese wirken einerHeißrißanfälligkeit entgegen. DieAnteile des Deltaferrits sind in ersterLinie von dem Verhältnis der Ferrit-bildner Cr, Mo, Si und Nb zu den Aus-tenitbildner Ni, C, Mn und N abhängigund lassen sich mit Hilfe desSchaeffler-Diagramms (Bild 1) nähe-rungsweise bestimmen.

Das DeLong-Diagramm ist ein Aus-schnitt aus dem Schaeffler-Diagramm,das die Wirkung des Stickstoffes aufdie Austenitbildung berücksichtigtund für Ferrit-Nummern bis FN 18angewendet werden kann.

Genauere Angaben der Ferritnummernbis FN 100 ermöglicht das WRC-Dia-gramm und damit auch die Abschät-zung des Ferritgehaltes im Schweißgutvon Duplex-Stählen. Aber auch dasWRC-Diagramm liefert nur (bessere)Anhaltswerte. Demgegenüber enthal-ten die vollaustenitischen Stähle mitden Werkstoff-Nrn. 1.4439 und1.4539 keinen Ferrit und können unterbestimmten Bedingungen (s. Ab-schnitt 4.1 und 5.2) zur Heißrißbil-dung neigen. Während Risse bei denferritischen Stählen in bezug auf ihre

Kerbwirkung (z.B. bei Dauerschwing-beanspruchung) kritisch sind, spie-len Mikrorisse in austenitischenSchweißnähten für das Festigkeits-und Schwingverhalten wegen dergroßen Zähigkeit der Stähle im allge-meinen keine Rolle.

2.2 Korrosionseigenschaften

In passivem Zustand sind die nicht-rostenden Stähle gegen zahlreicheaggressive Medien beständig und

bedürfen keines weiteren Oberflä-chenschutzes. Es ist aber wichtig, daßdie Passivschicht nicht defekt ist, insbesondere durch Anlauffarbenund/oder Zunder im Bereich der Wär-meeinflußzonen der Schweißnaht.

Vom Hersteller werden die Erzeugnis-se (Bänder, Bleche, Stangen, Rohreu.a.) mit passivierter Oberfläche gelie-fert. Häufig werden die blanken Ble-che noch mit Folie oder Abziehlackgegen Beschädigung geschützt.

Bild 1: Schaeffler-Diagramm für Verbindungsschweißungen

Bild 2: WRC-1992-Diagramm mit Angabe der Ferritnummern

3

Wichtige Korrosionsarten:

Flächenkorrosion ist durch einengleichmäßigen oder annähernd gleich-mäßigen Werkstoffabtrag gekenn-zeichnet. In der Regel wird eine Ab-tragung unter 0,1 mm/Jahr als ausrei-chende Beständigkeit gegen Flächen-korrosion zugelassen. Wenn anstelleder Abtragungsrate die Massenver-lustrate pro Flächeneinheit als Maß-größe benutzt wird, so gilt bei nichtro-stendem Stahl für die Umrechnung dieBeziehung 1 g/h · m2 = 1,1 mm/a.Ungleichmäßige Flächenkorrosionwird als Muldenkorrosion bezeichnet.

Für die Beständigkeit nichtrostenderStähle gegen Flächenkorrosion gibt eszahlreiche Beständigkeitstabellen und-diagramme. Gleichmäßige Flächen-korrosion kann bei nichtrostendenStählen in Säuren und starken Laugenauftreten; sie wird von der Stahlzu-sammmensetzung wesentlich mitbe-stimmt. Die 13%-Chromstähle liegenan der unteren Grenze, die 17%-Chromstähle sind wesentlich bestän-diger. Eine noch höhere Beständigkeitgegen Flächenkorrosion zeigen dieaustenitischen Cr-Ni-Stähle. Molybdänverbessert die Beständigkeit gegenchloridhaltige Medien und nichtoxi-dierende Säuren. Auch der Ober-flächenzustand spielt eine Rolle: Glat-tere Oberflächen ergeben im allge-meinen eine bessere Korrosionsbe-ständigkeit.

Gegen interkristalline Korrosion sinddie austenitischen Stähle mit einemniedrigen C-Gehalt (≤0,03% C) und diemit Titan oder Niob stabilisierten Stähle auch bei größeren Wanddicken(> 6 mm) ohne Wärmenachbehandlungsicher. Diese Stahlsorten sollten des-halb für geschweißte Bauteile bevor-zugt werden.

Nichtrostende Stähle mit C-Gehalten>0,03% können bei Wanddicken ober-halb 6 mm - abhängig von der Korro-sionsbeanspruchung - ohne Wärme-nachbehandlung interkristalline Kor-rosion zeigen, bevorzugt im Schweiß-nahtbereich. Dabei tritt durch Aus-scheiden von Chromkarbiden an denKorngrenzen eine Chromverarmungein, die zu Kornzerfall führen kann.

Lochkorrosion (Pitting) kann eintreten,wenn die Passivschicht örtlich beschä-

digt wird; an diesen Stellen könnenGrübchen oder Löcher entstehen,wenn Chloridionen (oder andere Halo-genionen), besonders bei erhöhtenTemperaturen, die Oberfläche angrei-fen. Auch Ablagerungen auf der Ober-fläche, z.B. Fremdrost, Schlackenreste,Anlauffarben, können zu Lochkorro-sion führen.

Spaltkorrosion kann eintreten, wennsich in Spalten ein Korrosionsmediumanreichert. Unter aggressiven Bedin-gungen sind mit Molybdän legierteRostfrei-Stähle besser beständig.Spalte sollten nach Möglichkeit kon-struktiv vermieden werden.

Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion)ist eine Korrosionsart, die auftretenkann, wenn sich zwei unterschiedlichemetallische Werkstoffe in Anwesen-heit eines flüssigen Mediums, das alsElektrolyt wirkt, in Kontakt befinden.Der weniger edle Werkstoff (Anode)wird an der Kontaktstelle angegriffenund geht in Lösung. Der edlere Werk-stoff (Kathode) wird nicht angegriffen.In der Praxis, besonders im Stahlbau,sind die nichtrostenden Stähle dieedleren Werkstoffe gegenüber vielenanderen metallischen Werkstoffen wieunlegierten und niedrig legiertenStählen und Aluminium. Bimetallkor-rosion ist besonders dann kritisch,wenn die Oberfläche des edlerenWerkstoffes groß ist im Verhältnis zurOberfläche des weniger edlen Werk-stoffes. Je größer der Potentialunter-schied der beiden Werkstoffe ist,desto höher ist das Risiko von Bime-tallkorrosion. Schäden lassen sich ver-meiden, indem die beiden Werkstoffegegeneinander isoliert werden. Beideutlichen Größenunterschieden derWerkstückoberflächen der Paarungmuß die kleinere Fläche aus dem edle-ren Werkstoff, die größere Fläche ausdem weniger edlen Werkstoff beste-hen. Typisches Beispiel: EdelstahlRostfrei-Schrauben an Aluminium-Fas-saden vermeiden Kontaktkorrosion.

Spannungsrißkorrosion ist eine Kor-rosionsart, die im Bauwesen kaumauftritt. Bei Spannungsrißkorrosionentstehen transkristalline Risse bevor-zugt bei austenitischen Stählen, sel-ten bei ferritischen Stählen, wennchloridhaltige Medien bei erhöhtenTemperaturen unter Zugspannung aufden Werkstoff einwirken. Ferritisch-

austenitische Stähle und austeniti-sche Stähle mit höheren Nickelgehal-ten sind weniger empfindlich gegenSpannungsrißkorrosion als austeniti-sche Stähle mit 8 bis 12% Ni.

Schwingungsrißkorrosion ist eineSonderform der Spannungsrißkorro-sion bei Beanspruchung auf Schwing-festigkeit. Korrosionsmedien könnendie Schwingfestigkeit herabsetzen. Diehöher legierten nichtrostenden Stähle(z.B. mit Molybdän) sind besser be-ständig gegen Schwingungsrißkorro-sion als die Standardgüten.

3 SchweißprozesseMit wenigen Einschränkungen könnendie austenitischen und ferritischennichtrostenden Stähle mit densel-ben Schmelz- und Preßschweißver-fahren (ausgenommen Gasschmelz-schweißen) und Schweißanlagengefügt werden, die für un- und nied-riglegierte Stähle üblich sind. Folgen-de Schweißprozesse werden vorwie-gend angewendet:

Schmelzschweißprozesse:- Lichtbogenhandschweißen (E),- Schutzgasschweißen:

- Wolfram-Schutzgasschweißen(WSG),

- Metall-Schutzgasschweißen(MSG),

- Plasma-Lichtbogenschweißen(WPL),

- Laserstrahlschweißen, - Unterpulverschweißen (UP).

Preßschweißprozesse:- Widerstandspreßschweißen

(Punkt-, Rollennaht- und Abbrenn-stumpfschweißen),

- Bolzenschweißen.

3.1 Schmelzschweißen

3.1.1 Lichtbogenhandschweißenmit umhüllter Stabelektrode

Bild 3 zeigt schematisch das Lichtbo-genhandschweißen. Das Lichtbogen-handschweißen besitzt aufgrund dernachfolgend aufgeführten Vorteileeinen hohen Stellenwert beimSchweißen nichtrostender Stähle:

4

- einfache Handhabung,- geringer Geräteaufwand,- universell in der Werkstatt und auf

der Baustelle einsetzbar,- breites Angebot an Spezialelek-

troden für unterschiedliche Anwen-dungsfälle,

- auch für Zwangspositionen sichereinsetzbar,

- niedriges Wärmeeinbringen (wichtigfür vollaustenitische Stähle).

Schweißverhalten und Nahtaussehenwerden maßgeblich von der Umhül-lung bestimmt. Für die nichtrostendenStähle werden rutilumhüllte und ba-sische Stabelektroden verwendet.

Rutilumhüllte Elektroden haben einenfeintropfigen Werkstoffübergang undführen zu feinschuppigen, glatten undflachen Nähten. Sie sind sowohl anGleichstrom als auch an Wechselstromverschweißbar. Die Schlacke läßt sichleicht entfernen, zum Teil ist sie selbst-lösend. Wegen der besseren Schweiß-eigenschaften werden wesentlichmehr rutilumhüllte Stabelektrodenverarbeitet als die nachfolgend be-schriebenen mit basischer Hülle.

Basisch umhüllte Elektroden sind aus-schließlich mit Gleichstrom (Elektrodeam Pluspol) verschweißbar. Wegendes gröberen Tropfenüberganges las-sen sie sich gut in Zwangspositionenschweißen. Aufgrund ihrer gutenSpaltüberbrückbarkeit werden siehäufig für Wurzelnähte eingesetzt. ImVergleich zu den rutilumhüllten Stab-

elektroden ist hier die Naht grobschup-piger und die Schlacke vergleichs-weise schlechter zu entfernen.

Bei beiden Hüllentypen ist mit mög-lichst kurzem Lichtbogen zu arbeiten.

Wegen des höheren elektrischenWiderstandes des hochlegierten Kern-stabes müssen diese Stabelektrodenmit niedrigerer Stromstärke ver-schweißt werden als Baustahlelek-troden.

Feuchtigkeit in der Elektrodenumhül-lung kann Schweißverhalten undSchlackenabgang verschlechtern so-wie zu offenen Poren und bei emp-

findlichen Stählen (z.B. Feinkornstäh-le, nichtrostende ferritische Stähle) zuKaltrissen führen. Basisch umhülltehochlegierte Stabelektroden sindweniger porenempfindlich als ruti-lumhüllte. Für Transport, Lagerung undRücktrocknung umhüllter Stabelek-troden gibt das Merkblatt DVS 0957Hinweise.

3.1.2 Schutzgasschweißen

Beim Schutzgasschweißen brennt derLichtbogen unter einem Mantel voninertem oder aktivem Schutzgas, derdie Umgebungsluft von Lichtbogenund Schweißbad fernhält. Zu denWolfram-Schutzgas-Schweißverfahren(WSG) gehören die Verfahren WIG undWPL.

Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)Das WIG-Schweißen (Bild 4) ist imMerkblatt DVS 0920 beschrieben.

Als Schutzgas dient Schweißargon(DIN EN 439), für die austenitischenStähle können bei maschinellen Ver-fahren zum Erhöhen der Schweiß-geschwindigkeit auch handelsüblicheArgon-Wasserstoff-Mischgase (R 2nach DIN EN 439) verwendet werden.Geschweißt wird mit Gleichstrom, dienichtabschmelzende Wolframelektro-de ist mit dem Minuspol verbunden.Das WIG-Schweißen eignet sich für alleSchweißpositionen und besondersgut für dünne Bleche und Wurzellagen.Bis zur Blechdicke von ca. 3 mm kön-nen die austenitischen Stähle mit den

Bild 3: Lichtbogenhandschweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 37)

Bild 4: Wolfram-Inertgasschweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 43)

Werkstoff-Nrn. 1.4301, 1.4307,1.4541, 1.4401, 1.4404 und 1.4571auch ohne Schweißzusatz verbundenwerden. Für die Stähle mit den Werk-stoff-Nrn. 1.4435, 1.4439, 1.4539 und1.4462 wird die Verbindung vorwie-gend mit Schweißzusatz ausgeführt.

Plasmalichtbogenschweißen (WPL)Das Plasmalichtbogenschweißen (Bild5) ist mit dem WIG-Verfahren eng ver-wandt. Durch die scharfe Bündelungdes Lichtbogens wird eine wesentlichhöhere Energiedichte erreicht.

Als Plasmagas dient Schweißargon,dem beim Schweißen von Austenitengeringe Anteile von Wasserstoff zuge-mischt werden können. Für das äuße-re Schutzgas werden meist Argon-Was-serstoff-Gemische verwendet. DasPlasmaschweißen wird überwiegendals mechanisiertes Verfahren ein-gesetzt:- Mikroplasmaschweißen für den

Dickenbereich bis 1 mm,- Stichlochschweißen: Blechdicken

bis ca. 10 mm können als I-Stoßdurchgeschweißt werden (Tabelle2). Für größere Blechdicken wirdeine Y-Naht mit einer Steghöhe vonca. 5mm gewählt. Der verbleibendeQuerschnitt wird nach anderen Ver-fahren gefüllt.

Meist wird ohne Schweißzusatz gear-beitet, Spaltbreiten >0,08 x Blechdickeerfordern Schweißzusatz.

Vorteile des Plasmaschweißens sind:- hohe Schweißgeschwindigkeit,- schmale Raupe und schmale Wär-

meeinflußzone (WEZ),- geringes Wärmeeinbringen,- geringer Verzug.

Von Nachteil sind:- aufwendigere Schweißanlage im

Vergleich zu WIG,- genaue Nahtvorbereitung erforder-

lich,- Spannvorrichtungen und Fahrwerk

erforderlich.

Metall-Schutzgasschweißen (MSG)Bei nichtrostenden Stählen wird fastausschließlich das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG) angewendet.

Der Schweißstrom wird der abschmel-zenden Drahtelektrode im Schweiß-brenner durch schleifenden Kontaktzugeführt (Bild 6). Im Vergleich zumWIG-Schweißen lassen sich hoheAbschmelzleistungen erreichen. Ver-

wendet werden sowohl Massiv- alsauch Fülldrahtelektroden. Die Draht-durchmesser liegen meist zwischen0,8 bis 1,6 mm. Geschweißt wird mit Gleichstrom, Drahtelektrode am Pluspol.

Für Massivdrahtelektroden wird alsSchutzgas üblicherweise Argon mit 1bis 3% Sauerstoff oder mit max. 2,5%CO2 verwendet. (Höhere CO2-Gehaltekönnen zu einer Aufkohlung desSchweißgutes führen und verminderndadurch die Korrosionsbeständigkeit.)Die Drahtelektroden können je nachAnwendungsfall im Sprüh-, Kurz- und lmpulslichtbogen verschweißtwerden:

5

Bild 5: Plasmalichtbogenschweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 44)

Blechdickemm

0,10,51,0

2,55,0

10,0

180230340

2,83,24,0

2,42,54,0

15,020,020,0

504522

2,518,040,0

0,81,01,2

0,20,30,3

5,07,07,0

202525

SchweißstromstärkeA

Düsen-durchmesser

mm

Schweiß-geschwindigkeit

cm/min.

PlasmagasL/min.

SchutzgasL/min.

Mikroplasmaschweißen von Hand

Mechanisches Plasma-Stichlochschweißen

Tabelle 2: Richtwerte für I-Nähte (ohne Spalt) zwischen austenitischen Stählen in w-Position

6

In Wannen- und Horizontalpositionwird in der Regel mit dem Sprühlicht-bogen gearbeitet, der bei geringerSpritzerneigung einen kurzschlußfrei-en, feinsttropfigen Werkstoffübergangergibt. Der Kurzlichtbogen wird ange-wendet, wenn geringes Wärmeein-bringen gefordert ist, z.B. für dünne Bleche, Wurzellagen und in Zwangs-positionen. Von Nachteil sind Sprit-zerneigung (festhaftend) und über-höhte Raupe. Mit dem Impulslichtbo-gen ist das Wärmeeinbringen eben-falls verringert; mit ihm lassen sichsowohl dünne Bleche als auch größe-re Wanddicken (diese auch inZwangsposition) vorteilhaft fügen.

Fülldrahtelektroden sind mit jedemüblichen MSG-Gerät verschweißbar;

dabei kann dieselbe Vorschubeinheitbenutzt werden wie für Massivdraht.Es besteht sehr geringe Spritzernei-gung, die Raupen fließen flach undkerbfrei an und ihre Oberfläche istglatt und nur leicht geschuppt. Die besonderen Eigenschaften derüblichen Fülldraht-Typen sind in Tabelle 3 gegenübergestellt.

3.1.3 Laserstrahlschweißen

Neben den konventionellen Schweiß-verfahren hat sich das Laserstrahl-schweißen als neues, leicht automati-sierbares Fügeverfahren etabliert.Nach DIN ISO 857-1 wird das Laser-strahlschweißen den Schmelzschweiß-verfahren zugeordnet. Durch fokus-

sierte Laserstrahlung wird das Metalllokal eng begrenzt aufgeschmolzenund durch Erzeugung einer Dampf-kapillare (Keyhole) ein Tiefschweiß-effekt erzeugt (Bild 7). Die erzieltenSchweißnähte sind daher wesentlichschlanker als vergleichbare Schweiß-nähte konventioneller Schweiß-verfahren. Durch die Anwendung von Hochleistungslasern im Multikilo-watt-Bereich können so Blechdickenbis zu 15 mm und mehr verschweißtwerden.

Aufgrund der lokal begrenzten Wär-meeinbringung und der schnellenWärmeabfuhr aus der Schweißnahtergeben sich spezifische Eigenschaf-ten von Laserschweißnähten:- schmale Schweißnähte mit

großem Tiefen/Breitenverhältnis,- sehr schmale Wärmeeinflußzone,- geringer thermischer Verzug,- gute Umformbarkeit.Im industriellen Einsatz stehen heutezwei Lasertypen zum Schweißen vonEdelstählen zur Verfügung:

CO2-LaserDer CO2-Laser ist im kW-Bereich bis zu25 kW-Laserleistung kommerziell ver-fügbar und eignet sich gut für das Ver-schweißen von Werkstücken von 1mmbis ca. 15 mm.

Beim CO2-Laser wird die Laserstrahlungüber Spiegeloptiken auf das Werkstückfokussiert. Der Schweißprozeß wirddurch ein Schutzgas wie Helium, Argonoder ein Gasgemisch unterstützt. Durchden Schweißprozeß baut sich über demKeyhole ein laserinduziertes Plasmaauf, das bei geeigneter Steuerung durchdas Schutzgas den Schweißprozeßunterstützt. Bild 8 zeigt eine Darstel-

Tabelle 3: Eigenschaften üblicher Fülldrahttypen

StahlmantelFüllungLichtbogen

Schutzgas

Schweißtechnische Eigenschaften

un- oder niedriglegiertMetallpulverSprüh-, Kurz- und Impulslichtbogen

Argon + 1 bis 3% O2Argon + max. 2,5% CO2

hohe Abschmelzleistung und tiefer Einbrand

keine Schlacke, daher zum voll-mechanisierten Mehrlagenschweißengut geeignet

CrNi(Mo)-StahlMetallpulver + SchlackenbildnerSprüh- und Kurzlichtbogen, nicht für ImpulslichtbogenArgon + O2Argon + CO2

geringer Einbrand und weicher Lichtbogen

leicht abhebende Schlacke

schlackenlos

Typ der Fülldrahtelektrode

schlackenbildend

Bild 6: Metall-Schutzgasschweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 41)

7

lung des Schweißprozesses an spezi-ell konfektionierten Edelstahlprofilen(tailored beams). Aufgrund der starrenStrahlführung über Spiegelelementestellen Schweißanlagen mit CO2-Lasereine komplexe Anlagenlösung dar.Bild 9 ist eine graphische Darstellung

der zum Schweißen notwendigenLaserleistung in Abhängigkeit von derEinschweißtiefe.

Nd:YAG-LaserAufgrund der verfügbaren Laserlei-stungen von ca. 100 W bis 5 kW wird

der Nd:YAG-Laser vorwiegend zur Fein-bearbeitung von Komponenten ausEdelstahl und zum Verschweißen vonBlechdicken von 0,2 bis ca. 4 mm ein-gesetzt. Die Laserstrahlung wird imUnterschied zu den CO2-Lasern vonder Strahlquelle zur Bearbeitungsop-tik über Glasfaserkabel geführt. DieBearbeitungsoptik ist ein Quarzlin-sensystem, das die Laserstrahlung aufdas Werkstück fokussiert. Durch dieStrahlführung über Glasfaserkabelwird eine Verknüpfung mit Knickarm-robotern für die Führung der Fokus-sieroptik ermöglicht. Dadurch wirdeine sehr hohe Flexibilität für die drei-dimensionale Bearbeitung gewähr-leistet.

Bild 10 zeigt das Verschweißen vonEdelstahlbehältern aus 0,7 mmdickem Blech der Qualität 1.4301 mittels Roboterarm. Aufgrund derschmalen Nahtgeometrie ist eine präzise Kantenvorbereitung zumLaserstrahlschweißen ohne Zusatz-werkstoff erforderlich. Als maximalesSpaltmaß zwischen den Fügeteilenwird ein Verhältnis von 1/10 der Blechdicke angesetzt. Bei größerenBlechdicken darf der Fügespalt nichtgrößer als der halbe Fokusdurchmes-

Bild 7: Laserstrahlschweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 48)

Bild 8: Schweißprozeß mit CO2 -Laser an speziell konfektionierten Edelstahlprofilen (tailored beams)

8

ser z.B. von 0,6 mm sein. Solltengrößere Spaltmaße unvermeidbarsein, kann beim Laserstrahlschweißenmit Zusatzdraht gearbeitet werden.Die erreichbaren Schweißgeschwin-digkeiten reduzieren sich dabei um ca. 1/3 gegenüber der Schweißge-schwindigkeit ohne Zusatzdraht.

Bei höher legierten Edelstählen kanneine Heißrißbildung beim Schweißenauftreten. Dies kann durch Verwen-dung eines geeigneten Zusatzdrahtesoder durch Vorwärmen verhindertwerden.

3.1.4 Unterpulverschweißen (UP)

Beim UP-Verfahren (vgl. Merkblatt DVS0917) brennt der Lichtbogen zwischenDrahtelektrode und Werkstück ver-deckt in einer Schlackenkaverne, diedurch Schmelzen des lose aufge-schütteten Pulvers entsteht (Bild 11).

Bild 10: Schweißen von Membranringen mit Nd:YAG-Laser

Bild 9: Einfluß von Leistung und Fokussierung auf den Schweißprozeß am Beispiel eines 3 mm Bleches

9

UP-Schweißen ist nur in Wannen- undHorizontalposition möglich, mit Son-dervorrichtung auch in q-Position.

Üblicherweise wird die Drahtelektro-de am Pluspol mit Gleichstrom ver-schweißt. Je nach Wanddicke beträgtder Drahtelektroden-Durchmesser zwi-schen 1,2 und 4 mm. Die Stromstärkewird etwa 10 bis 20% niedriger ange-setzt als bei den un- und niedrig-legierten Stählen.

3.2 Preßschweißverfahren

3.2.1 Widerstandspreßschweißen

Widerstandspreßschweißverfahren(DVS-Merkblätter 2901 ff.) ermögli-chen mit geringem Aufwand hochwer-tige Verbindungen guter Reproduzier-barkeit.

Dank der niedrigen elektrischen Leit-fähigkeit und Wärmeleitfähigkeit deraustenitischen Stähle im Vergleich zuden unlegierten Stählen sind diese fürdas Widerstandsschweißen sehr gutgeeignet. Wegen der geringen Wär-mezufuhr wird die Oberfläche dabeikaum beeinträchtigt. Ihre höhere Wär-meausdehnung (siehe Tabelle 1) kannsich aber nachteilig auf den Verzugauswirken.

Beim Punkt-, Buckel- und Rollennaht-schweißen werden überlappt ange-ordnete Bleche miteinander verbun-

den. Bedingt durch die Überlappungergibt sich somit ein Spalt zwischenden Blechen. Die Verfahren werdenbevorzugt dort angewendet, wo eineGefährdung durch Spaltkorrosion (s. Abschnitt 2.2) nicht gegeben ist.Die beim Schweißen entstehendenAnlauffarben sind ggf. zu entfernen(s. Abschnitt 6). Sie können jedochdurch Zuführung von Schutzgas oderexterne Kühlung zumindest gemin-dert werden.

Die Oberfläche der zu verschweiß-enden Teile muß metallisch sauber

sein. Beim Punktschweißen hängenGröße und Form der Schweißlinsewesentlich von Stromstärke, Schweiß-zeit und Elektrodenkraft ab. Mit zuneh-mender Schweißzeit werden Höhe undDurchmesser der Schweißlinse größer.In der Praxis werden bei nichtrosten-den Stählen kurze Schweißzeitenbevorzugt. Wegen des höheren elek-trischen Widerstandes der austeniti-schen Stähle (s. Tabelle 1) werdenniedrigere Stromstärken angewendetals bei unlegierten Stählen. Die Strom-stärke ist so einzustellen, daß derPunkt-Ø etwa 5,5 · klt beträgt (Linsen-Ø 5 · klt). Dabei sollte die Höhe derSchweißlinse zwischen 50% und 80%der Dicke beider Blechquerschnittebetragen (Bild 12). Zu hohe Schweiß-ströme können Spritzer und damitLunker in den Schweißlinsen verur-

sachen, zu niedrige führen zu zu klei-nen Schweißlinsen. Abhängig von derzu schweißenden Legierung sind zumTeil erhebliche Abweichungen von denRichtwerten aus den Tabellen möglich!

Im Vergleich zu unlegierten Stählenwerden etwa zweimal höhere Elektro-denkräfte benötigt. Die Elektroden-kraft muß auch nach Abschalten desStromes noch so lange aufrechterhal-ten bleiben, bis die Schweißlinse er-starrt ist (bei dünnen Blechen genügteine Nachpreßzeit von 25 Periode, bei3 mm Blechdicke von etwa 99 Periode).

Bild 12: Angaben für empfohlene Abmessungen beim Punktschweißen

Bild 11: UP-Schweißen (DIN ISO 857-1 : 2002-11, Bild 40)

Einzelblechdicke t Linsendurchmesser dL = 5 · kltLinsenhöhe h = (1 . . 1,6) tPunktdurchmesser dP = 5,5 · klt

SCHLIFF, schematisch

GEPRÜFT, schematischdL

dP

t

h

Zum Punktschweißen der nicht-rostenden Stähle werden Elektrodenaus Kupferlegierungen mit einer Warm-härte von mind. 70 HB bei 400 °C ver-wendet. Es kommen hierfür Elektro-den aus CuCrZr- oder CuCoBe-Legie-rungen in Frage (Werkstoffklasse A2/3oder A3/1 nach DIN ISO 5182 und

Merkblatt DVS 2903, Abmessungennach DIN ISO 5821). Elektroden mitballiger Kontaktfläche werden bevor-zugt verwendet, weil sie keine so exak-te Justierung erfordern wie Elektrodenmit flachen Kontaktflächen. Es ist

speziell bei den dickeren Blechen zubeachten , daß die Elektrodenkappennur bis zu bestimmten maximalenKräften belastet werden dürfen. Des-halb können hier keine Normkappenmehr eingesetzt werden, sondern esmüssen spezielle Elektroden angefer-tigt werden. Richtwerte für Maschinen-

Einstelldaten in Abhängigkeit von derBlechdicke enthält für austenitischeStähle Tabelle 4. Eine Zusammenstel-lung von Schweißfehlern beim Punkt-schweißen und deren Ursachen ent-hält Tabelle 5.

Das Rollennahtschweißen – kontinu-ierlich oder mit intermittierender Rol-lenbewegung (Schrittschweißen) –kann mit balligen oder flachen Elektro-denkontaktflächen durchgeführt wer-den. Die Elektrodenkraft bleibt ständigaufrecht erhalten, der Strom wird ent-weder kontinuierlich oder intermittie-

rend eingeschaltet. Richtwerte zum Rol-lennahtschweißen enthält Tabelle 6.

Beim Abbrennstumpfschweißen wer-den die Kontaktflächen der Werkstückebei kontinuierlichem Vorschub unter

10

Blechdicke

mm

0,51,01,52,02,5

3,04,05,06,07,0

507575

150150

3,05,08,0

10,012,5

8,012,015,016,016,5

33445

24566

1,41,21,11,01,0

Breite B

mm

RollenelektrodeRadius R

mm

Elektroden-kraft F

kN

Schweiß-strom I

kA

Stromzeitts

Perioden

Strompausetp

Perioden

Schweiß-geschwindig-

keitm/min

Tabelle 5: Schweißfehler beim Punktschweißen und ihre möglichen Ursachen

Oberflächenfehler (Anlegieren,Aufschmelzung und dergleichen)

übermäßiges Eindrücken derElektroden in das Werkstück

Spritzen zwischen den Werkstücken

Klaffen der Werkstücke

zu große Schweißlinse

zu kleine Schweißlinse

Porosität

Risse

SchweißfehlerEinstellwerte

Schweiß-strom

Stromzeit Elektroden-kraft

Elektroden-durchmesser

Werkstück-oberfläche

zu hoch zu niedrig verunreinigt

zu hoch zu lang

zu lang

zu hoch zu klein

zu klein

zu hoch zu niedrig zu klein verunreinigt

zu hoch zu lang

zu lang

zu lang

zu hoch zu klein

zu klein

zu hoch zu lang zu niedrig

zu niedrig zu kurz zu hoch verunreinigt

zu hoch zu kurz zu niedrig verunreinigt

zu hoch zu niedrig verunreinigt

Blechdicke

mm

0,51,01,52,02,53,0

161620202525

40405050

100100

1,34,06,59,0

12,015,0

4,07,09,0

10,512,515,0

47

10131619

2,84,04,95,76,36,9

200050007000

110001300016000

DurchmesserD

mm

ElektrodeBalligkeits-

radius R

mm

Elektrodenkraft F

kN

Schweiß-strom I *)

kA

Stromzeit

Perioden

Mindest-Punkt-

durchmesser

mm

Scherzug-kraft

N

*) Der Schweißstrom ist auf die jeweilige Verbindung hin zu optimieren!

Tabelle 4: Richtwerte für die Maschineneinstellung zum Punktschweißen von austenitischen Stählen

Tabelle 6: Richtwerte zum Rollennahtschweißen von austenitischen Stählen (Dichtnähte)

geringer Kraft abgebrannt. Wenn sichdie Enden der Teile auf Fügetemperaturerwärmt haben, werden sie mit hoherGeschwindigkeit zusammengepreßt.Die dabei entstehende Stauchkraftbewirkt das Verschweißen der Enden,wobei Oxide und ein Teil des Werkstof-fes aus dem Schweißspalt herausge-preßt werden. Die Spannkraft mußgenügend groß sein, damit die Werk-stücke in den Spannbacken nicht rut-schen (die Spannkraft soll das 1,5- bis2-fache der Stauchkraft betragen).

Zusätzlich zu dieser Abbrenn- undStauchphase kann z.B. noch mit Vor-

wärmen, Planbrennen und Maßstau-chen gearbeitet werden.

Für Edelstahl Rostfrei werden etwasgeringere Stromstärken, aber etwashöhere Stauchkräfte angewendet alsfür unlegierte Stähle. Dementspre-chend sind auch die Spannkräfte fürnichtrostende Stähle höher als für unlegierte und niedriglegierte Stähle.Die Einstellwerte sind im Vorver-such zu ermitteln. Weitere Angaben zum Abbrennstumpfschweißen enthältMerkblatt DVS 2901-1.

Das Buckelschweißen ist ein weiteresWiderstandspreßschweißverfahren, fin-det aber im Bauwesen und Stahlbaukaum Anwendung; es wird deshalb hiernicht behandelt. Hinweise enthält dasMerkblatt DVS 2905.

3.2.2 Bolzenschweißen

Beim Bolzenschweißen werden stift-förmige Teile mit flächigen Werkstückendurch Preßschweißen verbunden. DieVerbindung erfolgt im flüssigen oderplastischen Zustand der Schweißzone.Das Lichtbogen-Bolzenschweißenhat die größte Bedeutung. Dabei wird

zwischen Bolzenspitze und Werkstückein Lichtbogen gezündet, der die Stirn-flächen anschmilzt. Nach Ablauf derSchweißzeit wird der Bolzen in dieSchmelze gedrückt, wodurch der Licht-bogen erlischt und die Schmelzeerstarrt. Typische Verfahrensparameterkönnen der Tabelle 7 entnommen werden.

Von den verschiedenen Varianten des Lichtbogen-Bolzenschweißens(Bild 13) werden vor allem das Hub-zündungsbolzenschweißen mit Kera-

mikring oder Schutzgas, das Kurzzeit-Bolzenschweißen mit Hubzündung unddas Bolzenschweißen mit Spitzenzün-dung industriell eingesetzt. Gegen-über anderen Fügeverfahren haben siefolgende Vorteile:

- Das Bauteil muß nur von einer Seitezugänglich sein, es entfallen Boh-rungen, die zu Undichtigkeitenführen können.

- Es entsteht eine vollflächige Ver-schweißung mit hoher Belastbarkeit.

- Der große Durchmesserbereich von0,8 bis 25 mm und das Verarbeitenvon Flachstiften mit einem Seiten-

verhältnis von bis zu 1:5 erlaubenvielfältige Anwendungen.

- Mit leichten Handpistolen kann inallen Schweißpositionen gearbeitetwerden.

- Durch die kurze Schweißzeit kommtes zu nur geringem Einbrand undVerzug.

- Durch einen angestauchten Flanschan der Bolzenspitze kann dieSchweißfläche vergrößert werden,so daß die Festigkeit des Bolzensoder des Grundwerkstoffes erreichtwird.

11

Tabelle 7: Kenngrößen beim Bolzenschweißen

Kenngrößen beim Bolzenschweißen

Kenngröße Hubzündungsbolzen-schweißen mitKeramikring oderSchutzgas

Kurzzeitbolzen-schweißen mitHubzündung

Kondensator-Entladungs-bolzenschweißenmit Hubzündung

Bolzenschweißenmit Spitzenzündung

Nr. nach ISO 4063 783 784 785 786

Bolzendurchmesser d(mm)

Spitzenstrom (A) 2500 1500 5000 8000

Schweißzeit (ms)

Energiequelle

Schweißbadschutz

Bolzenwerkstoff

Blechoberfläche

Mindestblechdicke 1/4 d,bei Schutzgas 1/8 d

1/8 d 1/10 d 1/10 d(ab ca. 0,5 mm)

Schweißgleichrichter oder -umformer

Keramikring oderSchutzgas

S 235, CrNi-Stahl,(bis 12 mm)

metallisch blank,Walzhaut, Flugrost,Schweißprimer

metallisch blank,verzinkt, leicht geölt

metallisch blank,leicht geölt

metallisch blank,verzinkt(Kontaktschweißenbis M 6)

S 235, CrNi-Stahl,Messing (mit Schutzgas)

S 235, CrNi-Stahl,Messing, Kupfer

S 235, CrNi-Stahl,Messing, Kupfer

Schweißgleichrichter

Ohne Schutz oderSchutzgas

Kondensator

Ohne Schutz

Kondensator

Ohne Schutz

100 bis 2000 5 bis 100 3 bis 10 1 bis 3

3 bis 25 3 bis 12 2 bis 8 2 bis 8

12

Die meisten Anwendungen gibtes im Bauwesen (Stahl-Beton-Ver-bundbau, Fassaden), im Anlagenbau(Verankerung von feuerfesten Isolie-rungen), im Apparatebau (Befesti-gung von Flanschen und Deckeln), im Schiffbau (Befestigung von Isolie-rungen und Ausbauelementen) sowieim Straßen- und Schienenfahrzeugbau(Befestigung von Kabelbäumen, Rohr-leitungen und Aggregaten). Bei Bol-zen ab 12 mm Durchmesser und Werkstückdicken über etwa 3 mm wird fast ausschließlich mit der Va-riante „Hubzündung mit Keramik-ring“ geschweißt. Bei dünnen Blechen(auch unter 1 mm Dicke) und hohenAnsprüchen an das dekorative Aus-sehen der Rückseite wird man der Variante „Kondensatorentladung mit

Spitzenzündung“ den Vorzug geben(Tabelle 8). Dabei ist allerdings derBolzendurchmesser auf 8 mm, max. 10 mm begrenzt.

Für hohe Ansprüche an die mechani-sche Festigkeit der Verbindung, auchfür Schwarz-Weiß-Verbindungen, eig-net sich besonders die Variante „Kurz-zeit mit Hubzündung“ (Tabelle 9).

Bolzenschweißen von nichtrostendenStählenBeim Bolzenschweißen von auste-nitischen nichtrostenden und hit-zebeständigen Stählen tritt keineGefügeumwandlung und damit auchkeine Aufhärtung ein. Die hoheAbkühlungsgeschwindigkeit beim

Bolzenschweißen ist daher von Vor-teil, da sie Ausscheidungsvorgänge(z.B. Karbidausscheidungen) ver-hindert. Die austenitischen Stählesind auch gut umformbar. Bei den austenitischen CrNi(Mo)-Stählen ent-steht im Schweißgut bis zu 10% Delta-Ferrit; sie sind daher nichtheißrißgefährdet. Dagegen bestehtbei den höherlegierten vollauste-nitischen Stählen die Gefahr derHeißrißbildung im aufgeschmol-zenen Schweißgut; ihre Eignung zum Bolzenschweißen muß daher vorgeprüft werden. Eine Übersichtder möglichen Werkstoff-Kombina-tionen, z.B. das Schweißen von nicht-rostenden Bolzen auf unlegierte oderniedrig legierte Bleche (Schwarz-Weiß-Verbindungen) enthalten Tabellen 8und 9.

Die im Schweißgut zu erwartendenGefüge als Folge der Vermischung derbeiden Werkstoffe können mit demWRC-Diagramm abgeschätzt werden(vgl. Punkt 2.1).

Für das Bolzenschweißen im bauauf-sichtlichen Bereich sind die Stählegemäß der jeweils gültigen Zulassung„Erzeugnisse, Verbindungsmittel undBauteile aus nichtrostenden Stählen“zulässig, die in ihrer aktuellen Fassungals Sonderdruck SD 862 bei der Infor-mationsstelle Edelstahl Rostfrei be-stellt werden kann.

Die Schweißbedingungen sind bei den nichtrostenden Stählen sorgfälti-ger abzustimmen als bei den unle-gierten Stählen, weil der Toleranz-bereich der Schweißparameter engerist. Auch die mögliche Blaswirkung istzu beachten. Das Schweißen unterSchutzgas (z.B. 82% Ar und 18% CO2)erweitert den Toleranzbereich derSchweißparameter und ist besondersbei Bolzendurchmessern über 16 mmerforderlich.

Die umwandlungsfreien ferritischenChromstähle haben einen Kohlen-stoffgehalt unter 0,1%, sind mitzunehmendem Cr-Gehalt (Cr 13 bis24%) weniger verformungsfähig undneigen zur Grobkornbildung. Sie wer-den beim Bolzenschweißen vorwie-gend zur Kessel-und Feuerraumbestif-tung an unlegierten warmfestenStählen (z.B. 16Mo5, 13CrMo4-5) ver-wendet.

Bild 13: Die wichtigsten Verfahrensvarianten beim Lichtbogenbolzenschweißen

Bolzen

Keramikring

Werkstück

mit Hubzündungund Keramikring

Stützrohr

Kurzzeit ohneSchweißbadschutz

Stützrohr

Zündspitze

mit Spitzenzündung

Schutzgas

mit Hubzündungund Schutzgas

13

Tabelle 8: Schweißeignung von gängigen Grundwerkstoff/Bolzen-Kombinationen beim Kondensatorentladungs-Bolzenschweißenmit Spitzenzündung

Tabelle 9: Schweißeignung von gängigen Grundwerkstoff/Bolzen-Kombinationen beim Hubzündungsbolzenschweißen mit Kera-mikring oder Schutzgas und Kurzzeit-Bolzenschweißen mit Hubzündung

Erläuterung der Buchstaben für die Schweißeignung:a: gut geeignet für jede Anwendung, z.B. Kraftübertragungb: geeignet mit Einschränkungen für Kraftübertragung

Erläuterung der Gruppen:Gruppe 1: Stähle mit einer gewährleisteten Mindeststreckgrenze von ReH 360 N/mm2 und mit folgenden höchsten Analyse-

werten in %:C = 0,24 Si = 0,60 Mn = 1,60 Mo = 0,70 S = 0,045 P = 0,045Andere Einzelelemente = 0,3Alle anderen Legierungselemente zusammen = 0,8

Gruppe 2: Normalisierte oder thermomechanisch behandelte Feinkornbaustähle mit einer gewährleisteten Mindeststreck-grenze Re > 360 N/mm2

Gruppe 3: Vergütete Feinkornbaustähle mit einer gewährleisteten Mindeststreckgrenze Re > 500 N/mm2

Gruppe 4: Stähle mit Cr max. 0,75%, Mo max. 0,6%, V max. 0,3%

Gruppe 9: Austenitische nichtrostende Stähle

GrundwerkstoffBolzenwerkstoff EN 288-3/

Gruppen 1, 2, 3, 4 undKohlenstoffstahl bis0,30% C-Gehalt

EN 288-2/Gruppen 1, 2, 3, 4 undverzinkte undmetallbeschichtete Stahl-bleche, max. Beschich-tungsdicke25 mm

EN 288-3/Gruppe 9

Kupfer undbleifreieKupferlegierungenz.B. CuZn 37

S 2351.43011.4303

a b a ba b a b

Erläuterung:1) Maximale Streckgrenze ReH 460 N/mm2

2) Nur beim Kurzzeit-Bolzenschweißen mit Hubzündung3) Bis 10 mm Durchmesser und Schutzgas in Pos. PA

Erläuterung der Buchstaben für die Schweißeignung:a: gut geeignet für jede Anwendung, z.B. Kraftübertragungb: geeignet mit Einschränkungen für Kraftübertragungc: geeignet mit Einschränkungen nur für Wärmeübertragung

Erläuterung der Gruppen:Gruppe 1: Stähle mit einer gewährleisteten Mindeststreckgrenze von ReH 360 N/mm2 und mit folgenden höchsten Analyse-

werten in %:C = 0,24 Si = 0,60 Mn = 1,60 Mo = 0,70 S = 0,045 P = 0,04Andere Einzelelemente = 0,3Alle anderen Legierungselemente zusammen = 0,8

Gruppe 2: Normalisierte oder thermomechanisch behandelte Feinkornbaustähle mit einer gewährleistetenMindeststreckgrenze Re > 360 N/mm2

Gruppe 4: Stähle mit Cr max. 0,75%, Mo max. 0,6%, V max. 0,3%Gruppe 5: Stähle mit Cr max. 10%, Mo max. 1,2%Gruppe 9: Austenitische nichtrostende Stähle

GrundwerkstoffBolzenwerkstoff

S 2354.8 (schweißgeeignet)16 Mo5

X10CrAI18X10CrAI24X20CrNiSi25-4

c c a

a b b2)

EN 288-3/Gruppen 1 und 21)

EN 288-2/Gruppen 4 und 5

EN 288-3/Gruppen 9

1.43011.43031.44011.45411.4571

b(a)3) b a

14

Bolzenschweißen von unlegiertemmit nichtrostendem StahlBolzenschweißungen von unlegiertemmit austenitischen CrNi-Stählen(Schwarz-Weiß-Verbindungen) führendurch die Vermischung von ferriti-schen mit austenitischen Werkstoffenzu einem spröden Martensitgefügeim Schweißgut. Sind die Anteile vonBolzen- und Grundwerkstoff imSchweißgut bekannt, kann im Dia-gramm das zu erwartende Gefügeermittelt werden. Im allgemeinen liegtder Bolzenanteil in der Schmelze bei55 bis 60%. Er ist abhängig vom Bol-zendurchmesser, Blechdicke undSchweißbedingungen. Beim Kurz-zeitbolzenschweißen mit Schutzgasliegt er bei 65%. Durch Variation derArbeitsbedingungen allein kann derMartensitbereich der Schmelze nichtverlassen werden. Nur durch ein star-kes Auflegieren der Bolzenspitze wäredies möglich. Dazu kommt bei art-fremden Schweißverbindungen eineKohlenstoffdiffusion im Übergang vomkohlenstoffreichen (unlegierten) zumkohlenstoffarmen (legierten) Werkstoffbzw. Schmelzbad. Dabei entstehtimmer eine sehr dünne (ca. 0,05 mm)kohlenstoffreiche Zone mit starker Auf-härtung. Die Verbindung von unlegier-ten Bolzen mit legiertem Werkstück istdabei besonders ungünstig. Sie führtaußerdem tiefer in den Martensitbe-reich als bei legierten Bolzen auf unle-giertem Werkstück.

Das Hubzündungsbolzenschweißenmit Keramikring und Schweißzeitenüber 100 ms eignet sich für Bolzen-durchmesser bis ca. 8 mm. Bei größe-ren Bolzendurchmessern könnenmeist keine Schweißungen ausrei-chender Festigkeit und Umformungs-fähigkeit erzielt werden. Da durch den(porösen) Keramikring immer etwasLuftfeuchtigkeit vorhanden ist, die imLichtbogen in Wasserstoff und Sauer-stoff zerlegt wird, besteht die Gefahrder wasserstoffinduzierten Rißbil-dung. Man kann dann auf reibge-schweißte Verbundbolzen auswei-chen, die an der Bolzenspitze ein demWerkstück entsprechendes Zwischen-stück haben.

Schwarz-Weiß-Verbindungen im Bau-wesen sind durch den jeweils gültigenZulassungsbescheid „Erzeugnisse,Verbindungsmittel und Bauteile ausnichtrostenden Stählen“ des DIBt

geregelt. Danach darf nur die Kombi-nation weißer Bolzen/schwarzerGrundwerkstoff verarbeitet werden.Der Bolzendurchmesser ist auf 10 mmbegrenzt, statt des Keramikringes mußSchutzgas verwendet werden. Ein Kor-rosionsangriff des schwarzen Teils istdurch eine Beschichtung zu vermei-den. Weitere Einzelheiten können derZulassung entnommen werden. Damithat man z.B. die Möglichkeit, Glasfas-saden durch Bolzenschweißen ratio-nell zu erstellen, ohne daß nach kurzer Zeit häßliche Rostfahnen ent-stehen.

Bei Bolzendurchmessern bis 12 mmist es möglich, durch Kurzzeitbolzen-schweißen mit Schutzgas die Schmelz-zone so schmal zu halten, daß sich diespröde Martensitzone nicht auf dieVerformungsfähigkeit und Festigkeitdes Bolzens auswirkt.

Beim Bolzenschweißen mit Konden-satorentladung sind durch die größe-re Schweißfläche mit Flansch und die sehr schmale Schmelzzone (ca. 0,1 mm) Bedingungen gegeben, die zubrauchbaren Schwarz-Weiß-Verbin-dungen führen.

4 SchweißzusätzeFür die in der Bauindustrie am häufig-sten zum Einsatz kommenden nich-trostenden austenitischen, ferriti-schen und austenitisch-ferritischenStähle (s. Tabelle 1) sind in der Tabel-le 10 die empfohlenen Schweißzu-sätze aufgeführt.

4.1 Schweißzusätze füraustenitische Stähle

Während das Schweißen der Stählemit den Werkstoff-Nrn. 1.4301 bis1.4435 mit den artgleichen Schweiß-zusätzen mit Deltaferritanteil unpro-blematisch ist, sind beim Schweißender stabilaustenitischen Stähle beson-dere Maßnahmen zur Vermeidung von Heißrißanfälligkeit zu beachten (s. Abschnitt 5).

4.2 Schweißzusätzefür ferritisch-austenitische Stähle

Der ferritisch-austenitische Stahl1.4462 ist schweißtechnisch wie

die austenitischen Stähle mit Ferrit-anteil zu behandeln. Das Schweißenmit erhöhtem Wärmeeinbringen istvorteilhaft.

4.3 Schweißzusätze für ferri-tische Stähle

Ferritische nichtrostende Stähle wer-den im allgemeinen mit auste-nitischen Schweißzusätzen gefügt.Wenn eine Farbgleichheit zwingendgefordert ist, sind ferritische Schweiß-zusätze vom Typ X8CrTi18 zu ver-wenden; bei Mehrlagenschweißungnur für die Decklage (Hinweise zurSchweißausführung s. Abschnitt 5).

5 Vorbereiten undAusführen derSchweißarbeiten

5.1 Schweißnaht-vorbereitung

Die Nahtvorbereitung ist in Abhäng-igkeit vom Schweißverfahren, von derBlechdicke und auch von der Schweiß-position festzulegen. Die Wahl derFugenformen kann in Anlehnung andie jeweiligen DIN-Normen oder nachsonstigen Vorschriften erfolgen.

Zur Nahtkantenvorbereitung wer-den mechanische oder thermischeTrennverfahren angewendet. Diemechanische Bearbeitung erfolgt z.B.durch Scheren, Hobeln, Fräsen undSchleifen, Wasserstrahlschneiden. Als thermische Bearbeitungsverfah-ren kommen das Plasmaschneidenund das Laserstrahlschneiden inBetracht.

Bei den thermisch geschnittenenNahtflanken ist es häufig notwendig,diese vor dem Schweißen leicht zuüberschleifen, um noch vorhandeneOxidreste zu beseitigen. Zum Schlei-fen sind kunstharzgebundene Korund-scheiben (Fe- und S-frei) mit feiner Kör-nung zu verwenden. Es ist zu beach-ten, daß die verwendeten Schleifmittelnicht vorher für die Bearbeitung un-und niedriglegierter Stähle benutztwurden.

15

Zum Schweißen der Mo-freien Stähle 1.4301, 1.4307 und 1.4541 können allgemein auch die für die Mo-legierten Stähle 1.4401,1.4404, 1.4571 und 1.4435 genannten Schweißzusätze angewendet werden.1) mit abgesenktem C-Gehalt: C ≤0,10%.

1. Umhüllte Stabelektroden nach ISO 3581

Bezeichnung: z. B. E 19 12 3 L R oder E 19 12 3 L BR = rutilumhüllt, B = basisch umhüllt

2. Drahtelektroden, Drähte und Stäbe nach DIN EN ISO 14343

Drahtelektrode mit Si ≤0,65% zum Schutzgasschweißen: z. B. G 19 12 3 L

Drahtelektrode mit Si > 0,65% bis 1,2% zum Schutzgasschweißen: z. B. G 19 12 3 L Si

Drahtelektrode mit Si ≤0,65% zum UP-Schweißen: z. B. S 19 12 3 L

Stab oder Draht mit Si ≤0,65% zum WIG-Schweißen: z. B. W 19 12 3 L

Stab oder Draht mit Si > 0,65% bis 1,2% zum WIG-Schweißen: z. B. W 19 12 3 L Si

3. Fülldrahtelektroden nach DIN EN ISO 17633

a) schlackebildende Typen:

Kennzeichen R: rutil, langsam erstarrende Schlacke, für Positionen PA und PB

Kennzeichen P: rutil, schnell erstarrende Schlacke, für alle Schweißpositionen

b) schlackeloser Typ:

Kennzeichen M: Metallpulver

Bezeichnung für eine Fülldrahtelektrode mit schnell erstarrender Schlacke: z. B. T 19 12 3 L M (M für Mischgas)

Tabelle 10: Zuordnung von Legierungstyp des Schweißzusatzes zum Grundwerkstoff

X5CrNi18-10

X2CrNi18-9

X6CrNiTi18-10

X2CrNiN18-7

X5CrNiMo17-12-2

X2CrNiMo17-12-2

X6CrNiMoTi17-12-2

X2CrNiMo18-14-3

X2CrNiMoN17-13-5

X1CrNiMoCuN20-18-7

X1NiCrMoCu25-20-5

X1NiCrMoCu25-20-7

X2CrNiMnMoNbN25-18-5-4

X2CrNiMoN22-5-3

X2CrNi12

X6Cr17

X3CrNb17

X2CrTi12

1.4301

1.4307

1.4541

1.4318

1.4401

1.4404

1.4571

1.4435

1.4439

1.4547

1.4539

1.4529

1.4565

1.4462

1.4003

1.4016

1.4511

1.4512

19 9 L

19 9 L

19 9 L19 9 Nb

19 9 L

19 12 3 L

19 12 3 L

19 12 3 L19 12 3 Nb

19 12 3 L18 16 5 N L

18 16 5 N L

EL-Ni Cr 20 Mo 9 Nb

20 25 5 Cu N L

EL-Ni Cr 22 Mo 16EL-Ni Cr 20 Mo 9 Nb

EL-Ni Cr 19 Mo 15

22 9 3 N L

18 8 Mn 1)

19 9 L

19 9 L19 9 Nb

19 9 Nb19 9 L18 8 Mn 1)

19 9 L18 8 Mn 1)

Stahlsorte Legierungstyp desSchweißzusatzesKurznamen Werkstoff-Nummer

16

Bei allen nichtrostenden Stählen hängtdas Schweißergebnis wesentlich vonder Vorbereitung zum Schweißen ab.Eine der wichtigsten Voraussetzungenist die Sauberkeit der Schweißnaht-kanten. Diese müssen nicht nur metal-lisch blank, d.h. frei von Oxiden undZunder sein, sondern dürfen auch kei-ne Verunreinigungen durch Fette, Öleoder andere organische Stoffe aufwei-sen, die zu Aufkohlungen und Ein-schlüssen in den Schweißnähtenführen können.

Bei der mechanischen Reinigung derNahtkanten bzw. der Nahtumgebungdürfen nur Bürsten aus nichtrosten-dem Stahl verwendet werden. Für einechemische Reinigung kommen zuge-lassene Lösemittel in Betracht.

5.2 Schweißausführung

Beim Schweißen nichtrostender aus-tenitischer Stähle sind gegenüber den un- und niedriglegierten Stäh-len die unterschiedlichen physikali-schen Eigenschaften zu beachten (s. Tabelle 1):- der höhere Wärmeausdehnungs-

koeffizient,- die niedrigere Wärmeleitfähigkeit,- der größere elektrische Widerstand.

Diese Unterschiede beeinflussen dieWahl des Schweißverfahrens und dieAusführung der Schweißarbeiten. Derrelativ hohe Wärmeausdehnungs-koeffizient und die niedrige Wärme-leitfähigkeit austenitischer Stähle wirken sich besonders auf den Verzugbeim Schweißen aus.

Abhilfemaßnahmen sind:- Wärmeabführung durch Kupfer-

schiene,- Schweißen mit niedriger Strecken-

energie,- Schweißen in Vorrichtungen,- Heften in kürzeren Abständen.

Folgende Heftabstände werden emp-fohlen:

Beim Heften und Schweißen wirddavon abgeraten, die Elektrode außer-halb des Nahtbereichs zu zünden, dadie entstehenden Zündstellen die Korrosionsbeständigkeit dort herab-setzen können. Bei den vollausteniti-schen Stählen sollten die Heftstellenbeschliffen und ggf. von Endkrater-rissen befreit werden.

Beim Schweißen einseitig zugäng-licher Nähte ist die Wurzellage vor Oxidation zu schützen. Dazu ver-wendet man inerte (Ar/He), reak-tionsträge (N) oder reduzierende(Ar + H2, N + H2) Schutzgase zurGegenspülung.

In Abhängigkeit von Stahlsorte undWanddicke sind die Elektroden-/Drahtdurchmesser und die entspre-chenden Schweißparameter zu wäh-len. Die Zwischenlagentemperatursollte auf max. 150 °C begrenztwerden.

Beim Schmelzschweißen der vollau-stenitischen Stahlsorten wie 1.4439und 1.4539 ist besonders beimzusatzlosen Schweißen (dünne Wand-dicken) die erhöhte Heißrißgefahr zu beachten, d.h. Schweißen mitbegrenztem Wärmeeinbringen undEinhalten der Zwischenlagen- undArbeitstemperaturen.

Die ferritischen Stähle mit den Werk-stoff-Nrn. 1.4003, 1.4016, 1.4511 und1.4512 verhalten sich bezüglich derWärmeausdehnung etwa wie un- undniedriglegierte Stähle. Im Vergleich zuden austenitischen Stählen sind siejedoch bis auf den Stahl 1.4003 in der Wärmeeinflußzone wegen der Bildung von Grobkorn und Chrom-karbidausscheidungen wesentlich kritischer zu verarbeiten. Deshalb sind die Schweißverbindungen mitkleinstmöglichen Schmelzbädern(kleine Elektrodendurchmesser, nied-rige Streckenenergie) auszuführen.Meistens werden austenitischeSchweißzusätze wegen der besse-ren Zähigkeitseigenschaften in derSchweißverbindung verwendet.

Vor Beginn der Schweißarbeiten istes ratsam, die Verarbeitungsempfeh-lungen der Stahlhersteller undSchweißzusatzwerkstoffherstellersowie die jeweiligen Normen undRegelwerke (s. Abschnitt 11) zu beach-

ten. Die DIN EN 1011-3 gibt Empfeh-lungen zum Schweißen und Nachbe-handeln.

6 Nachbehandlungvon Schweiß-verbindungen

Zur Erzielung bester Korrosions-beständigkeit ist es erforderlich, die Schweißnähte und die beein-flußten Zonen grundsätzlich vonSchlackenresten, Schweißspritzern,Anlauffarben oder anderen Oxida-tionsprodukten zu reinigen. DieBehandlung kann durch Bürsten,Schleifen, Polieren, Strahlen oder Beizen erfolgen. Je feiner und glatterdie Oberfläche, desto größer ist dieKorrosionsbeständigkeit.

6.1 BürstenZum Bürsten sind handelsüblichenichtrostende Stahlbürsten zu benut-zen, die vorher nicht zur Reinigunganderer Werkstoffe verwendet wur-den. Das Bürsten kann ausreichendsein, wenn sich dadurch vorhandeneOxidschichten und Schlackenreste völ-lig beseitigen lassen und eine metal-lisch blanke, saubere Oberflächeerzielt wird.

Hohe Anforderungen an die Korro-sionsbeständigkeit erfordern einanschließendes Beizen und ggf. Passivieren.

6.2 Schleifen und Polieren

Beim Beschleifen von Schweißnähtenist zu beachten, daß die Schleif-werkzeuge eisenfrei sind (Fremdrost-gefahr) und nur für die Bearbeitungnichtrostender Stähle eingesetztwerden. Die verwendete Körnung richtet sich nach dem jeweiligenAnwendungsfall und sollte beim Fertigschliff üblicherweise bei 180 bis 240 (und feiner) liegen. Es darfnicht mit zu hohem Anpreßdruck ge-arbeitet werden. Nach Beendigung derSchleifarbeiten dürfen keine Anlauf-farben und grobe Schleifriefen zurück-bleiben.

Blechdicke

mm mm1,0 - 1,5 20 - 402,0 - 3,0 50 - 704,0 - 6,0 70 - 100

>6,0 100 - 150

Abstand zw. Heft-stellen empfohlen

17

Besonders glatte Oberflächen werdendurch mechanisches Polieren oderElektropolieren erzielt. In Sonderfäl-len, z.B. bei Gefahr von Spannungs-rißkorrosion in chloridhaltigen Medi-en, sollte nach dem Schleifen gebeiztwerden.

6.3 Strahlen

Beim Strahlen werden als Strahlmittelnichtrostender Stahl, Quarzsand,Glasperlen oder andere eisenfreie syn-thetische oder mineralische Strahl-mittel verwendet. Die entstehendemetallisch blanke, angerauhte Ober-fläche sollte anschließend bei hohenAnforderungen an die Korrosions-sicherheit gebeizt, ggf. passiviertwerden.

6.4 Beizen

Vor dem Beizen sind grobe Verunrei-nigungen sowie Fett und Ölreste voll-ständig zu entfernen. Das Beizen kanndurch Tauchbeizen, Sprühbeizen oderBeizen mit Beizpaste oder Beizgelerfolgen. Im einzelnen sind die Emp-fehlungen der Beizmittellieferanten zubeachten.

Nach dem Beizen ist eine sorgfältigeSpülung mit Wasser vorzunehmen. Esist darauf zu achten, daß keine Beiz-mittelrückstände z.B. in Spalten ver-bleiben, da diese Korrosionsschädenauslösen können.

Damit das mit Beize kontaminierteSpülwasser nicht ungeklärt in dieKanalisation gelangt, kann die ge-beizte Schweißnaht mit einer Neu-tralisationspaste behandelt werden.Nachdem sich in dem aufgefangenenSpülwasser die Rückstände abgesetzthaben, kann das geklärte Wasser in die Kanalisation abfließen. DieRückstände müssen (als Sondermüll)separat entsorgt werden.

Bei hohen Anforderungen an die Kor-rosionsbeständigkeit kommt als End-behandlung eine Passivierung in ca.20%iger Salpetersäure in Betracht.Auch nach dem Passivieren ist einesorgfältige Reinigung mit Wasser not-wendig.

7 ArtverschiedeneSchweiß-verbindungen

Für Schmelzschweißverbindungenzwischen artverschiedenen Grund-werkstoffen wird der Schweißzusatzso ausgewählt, daß die Schweißnahtdie an die Grundwerkstoffe gestelltenAnforderungen erfüllt. Als Schweißpro-zesse werden hierfür vorwiegend dasLichtbogenhand- und Schutzgas-schweißen eingesetzt.

Sind zwei unterschiedliche nicht-rostende austenitische Stähle durchSchmelzschweißen miteinander zuverbinden (z.B. 1.4301 mit 1.4401),dann genügt im allgemeinen der für den weniger hoch legierten Grundwerkstoff geeignete artgleicheSchweißzusatz.

Verbindungen zwischen einem aus-tenitischen Stahl und dem ferri-tisch-austenitischen Stahl 1.4462können mit den Schweißzusatztypen22 9 3 N L oder 19 12 3 L ausgeführtwerden.

Für Verbindungen von austeniti-schem Stahl mit ferritischem Chrom-stahl oder mit un- und niedriglegier-tem Stahl mit nichtrostenden Stählen– letztere auch als „Schwarz-Weiß-Verbindungen“ bezeichnet – habensich in der Praxis die in Tabelle 11 auf-geführten Schweißzusätze bewährt.Für Verbindungen zwischen dem ferritisch-austenitischen Stahl 1.4462und un- bzw. niedriglegiertenStählen sind sowohl die Schweiß-zusätze nach Tabelle 11 als auch derDuplexschweißzusatz 22 9 3 N L ge-eignet.

Die Schweißzusätze sind in ihrenLegierungsgehalten so abgestimmt,daß kein rißempfindliches Gefüge in der Naht entsteht, wenn dasVerhältnis der aufgeschmolzenenGrundwerkstoffanteile zu dem abge-schmolzenen Schweißzusatz (Auf-schmelzgrad) entsprechend begrenztwird.

Für artverschiedene Verbindungen imbauaufsichtlichen Bereich dürfenSchweißzusätze und Schweißhilfs-stoffe (z.B. Schutzgas, Schweißpulver)

nur dann verwendet werden, wenn sievon einer hierfür bestimmten Stelle,z.B. vom Bundesbahn-ZentralamtMinden, zugelassen wurden.

Zur Auswahl des geeigneten Schweiß-zusatzes und zu schweißtechnischenBesonderheiten gibt das in Bild 1 dar-gestellte Schaeffler-Diagramm Hin-weise. Auf graphische Weise wird darin für eine Mischverbindungzwischen einem allgemeinen Baustahl(z.B. St 52-3) und 1.4571 amBeispiel der Wurzelschweißung ge-zeigt, welche Zusammensetzung undwelches Gefüge in der Schweißnahtzu erwarten sind: Werden beide Stähle ohne Schweißzusatz mitein-ander verschweißt und nimmt man an,daß die Naht aus gleichen Anteilen derbeiden Grundwerkstoffe besteht, soerhält man den Punkt X in Bild 1. Aus dem Diagramm ist zu ersehen,daß ein vollmartensitisches Schweiß-nahtgefüge entsteht, das wegen seiner hohen Härte und Rißempfind-lichkeit nicht erwünscht ist. Punkt Ygilt für den Schwarz-Weiß-Zusatztyp23 13 2 bzw. 23 12 L (s. Tabelle 11).Das zu erwartende Schweißnahtge-füge läßt sich jetzt auf der Verbin-dungslinie X-Y in Abhängigkeit vomAufschmelzgrad ablesen. Für einenAufschmelzgrad von z.B. 25% erhältman Austenit mit etwa 10% Ferrit, eine Gefügezusammensetzung, dieangestrebt wird.

In gleicher Weise kann man mit den inTabelle 11 aufgeführten Schweißzu-sätzen nach DIN EN ISO 14343 undDIN EN ISO 17633 vorgehen. Dabei istzu erkennen, daß die Legierungstypen20 10 3 und 18 8 Mn nur für geringeAufschmelzgrade verwendet werdensollten, damit keine spröden marten-sitischen Gefügeanteile in der Nahtentstehen. Für höhere Aufschmelz-grade sind die beiden anderen Legie-rungsgruppen geeignet.

8 Schweißen aufder Baustelle

Neben der Fertigung von Bauteilen,Behältern und Anlagen in der Werk-statt ist es erforderlich, Schweiß-arbeiten auf der Baustelle unter

18

erschwerten Bedingungen auszu-führen. In großem Umfang sind Bau-stellenschweißungen im Rohrlei-tungsbau - überwiegend an unlegier-ten Stählen - üblich und erforderlich.Nichtrostende Stähle werden beimBau von Chemieanlagen und Raffine-rien auf der Baustelle geschweißt,ebenso im Stahlbau, z. B. bei derErrichtung von Großbehältern. Vor-wiegend wird auf der Baustelle mit derElektrodenhandschweißung gefügt,aber auch Schutzgasverfahren, wieWIG und MAG (s. Abschnitt 3.1.2) ein-gesetzt.

Die Baustellenbedingungen, insbe-sondere die Wetterverhältnisse, kön-nen das Schweißen schwieriger ge-stalten als die eigentlichen Füge-arbeiten an nichtrostenden Stählen.Dies gilt für alle Verfahren, besondersaber für das Schutzgasschweißen.Baustellenschweißungen verlangenauch häufiger als in der Werkstattdas Schweißen in Zwangspositionen(waagerecht an senkrechter Wand,Fallnähte, Steignähte, Überkopf-nähte).

Es ist dafür zu sorgen, daß derSchweißer einen sicheren und festenStandplatz hat und die Schweißstelleweitgehend vor Zugluft und Nässegeschützt wird. Bei der Elek-trodenhandschweißung müssen dieumhüllten Elektroden trocken ver-schweißt werden, um Porenbildungdurch Feuchtigkeit zu vermeiden. Zugluft beeinträchtigt vor allem dasSchutzgasschweißen.

Die vorbereiteten Nahtstellen sind vor Schweißbeginn auf Sauberkeitund metallisch blanke Oberfläche zu

1) Zur Bezeichnung gelten die Bemerkungen zu Tabelle 10Tabelle 11: Schweißzusätze für artverschiedene Verbindungen

Schweißzusatztyp

20 10 3

18 8 Mn

23 13 2

23 12 L

20 16 3 MnL

E 23 13 2

E 23 12 L

E 20 16 3 MnL

G 23 13 2

G 23 12 L

G 20 16 3 MnL

T 23 12 L

E 20 10 3 L

E 18 8 Mn

G 19 12 3

G 18 8 Mn T 18 8 Mn

DrahtelektrodeSchweißstab1)

(DIN EN ISO 14343)

Stabelektrode(ISO 3581)

Fülldrahtelektrode(DIN EN ISO 17633)

Für geringen Aufschmelzgrad

Für höheren Aufschmelzgrad

Bild 14: WIG-Schweißen auf der Baustelle

19

prüfen und gegebenenfalls mit Schleif-mitteln, Bürsten und dergleichennachzureinigen. Auch ein erneutesEntfetten kann notwendig sein. Nachdem Schweißen sind Anlauffarben aufund neben der Naht zu entfernen;hierfür kommen die gleichen Hilfsmit-tel in Frage. Alle diese Arbeiten mußder Schweißer vor Ort ausführen unddafür die geeigneten Arbeitsmittelgriffbereit haben. An seine Zuverläs-sigkeit werden erhöhte Anforderungengestellt. Wenn diese Vorsichtsmaß-nahmen beachtet werden, lassen sichnichtrostende Stähle auf der Baustel-le einwandfrei schweißen.

9 Schweißaufsicht,Hersteller-qualifikationen

Über zugelassene Werkstoffe und Ver-fahren trifft die jeweils gültige bau-aufsichtliche Zulassung „Erzeugnisse,Verbindungsmittel und Bauteile ausnichtrostenden Stählen“ des DIBtDeutschen Instituts für Bautechnik,Berlin, detaillierte Aussagen. Der Son-derdruck ist bei der InformationsstelleEdelstahl Rostfrei unter der Bestell-Nr.SD 862 kostenfrei zu beziehen.

9.1 Gütesicherung derSchweißarbeiten, Anfor-derungen an die Betriebe

Schweißarbeiten an tragenden Bau-teilen und Konstruktionen aus nich-trostenden Stählen dürfen nur vonBetrieben vorgenommen werden, dieeinen entsprechenden Nachweis er-bracht haben. Als Nachweis gilt im all-gemeinen die Herstellerqualifikationder Klasse D nach DIN 18800 Teil 7.

Sofern Schweißarbeiten nur an einfa-chen, serienmäßigen Bauteilen, Ver-ankerungs- oder Verbindungsmittelnvorgenommen werden, genügt dieKlasse B mit Erweiterung auf nichtro-stende Stähle.

Die Bescheinigung über die Herstel-lerqualifikation wird von den aner-kannten Stellen erteilt. Sie kann ggf.auf das Schweißen von nichtrosten-den Stählen begrenzt werden.

9.2 Voraussetzungen für dieHerstellerqualifikationzum Schweißen nicht-rostender Stähle

Abgesehen von den notwendigen Einrichtungen für Schweißarbeitenund den Gutachten für die o.g.Schweißverfahren muß der Betrieb als Schweißaufsichtsperson- für die Herstellerqualifikation Klas-

se D über einen Schweißfach-ingenieur,

- für die Herstellerqualifikation Klas-se B über einen Schweißfachmannverfügen.

Für die Ausführung der Schweißarbei-ten dürfen nur geprüfte Schweißer ein-gesetzt werden.

Für das Anschweißen von nichtrosten-den Stählen an Betonstähle gilt DVS1708 in Verbindung mit den Bestim-mungen des Zulassungsbescheidsdes DIBt.

9.3 Schweißerprüfung fürnichtrostende Stähle

Die generellen Anforderungen für diePrüfung von Stahlschweißern sind inDIN EN 287 Teil 1 festgelegt.

Nichtrostende Stähle sind in denWerkstoffgruppen- 7 (ferritische, martensitische

Stähle)- 8 (austenitische Stähle)- 10 (Duplexstähle)

entsprechend ISO/TR 15608erfasst.

10 SchrifttumJ. Lefebre:Guidance on Specifications of Ferritein Stainless Steel Weld Metal, in:Welding in the World 31 (1993) S. 390-406

H. Ornig/M. Richter: „WRC-1992-Diagramm löst DeLong-Diagramm ab“, in: Schweißen undSchneiden (1997) S. 467-469

F.W. Strassburg/H. Wehner:Schweißen nichtrostender Stähle,Hg. Verlag für Schweißen und ver-wandte Verfahren DVS-Verlag GmbH,Düsseldorf 2000

W. Welz: Bolzenschweißen mit hochlegiertenStählen,Hg. Studiengesellschaft Stahl-anwendung e.V., Düsseldorf 1987(Forschung für die Praxis P 133).

Widerstandspreßschweißtechnik –Grundlagen, Verfahren, Anwendung;Schweißtechnische Praxis Band 25,M. Krause, Hg. Verlag für Schweißenund verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf 1993

Edelstahl Rostfrei - Eigenschaften,Hg. Informationsstelle EdelstahlRostfrei, Düsseldorf 2006(MB 821)

Nichtrostende Stähle -Eigenschaften, Verarbeitung,Anwendung, Normen, Hg. VerlagStahleisen, Düsseldorf 1989

Die Verarbeitung von Edelstahl Rostfrei,Hg. Informationsstelle EdelstahlRostfrei, Düsseldorf 2001(MB 822)

20

Die nachstehend aufgeführten Merkblätter DVS können in der jeweilsgültigen Ausgabe bezogen werdenbei:

Verlag für Schweißen und verwandteVerfahren DVS-Verlag GmbHAachener Str. 17240223 DüsseldorfTel. 02 11/15 91-0Fax 02 11/15 91-150Internet: www.dvs-verlag.de

M 0957Umgang mit umhüllten Stabelektro-den – Transport, Lagerung und Rück-trocknung

M 0901Bolzenschweißprozesse für Metalle – Übersicht

M 0917Unterpulverschweißen antiseptischerStähle

M 0920Wolfram-Inertgasschweißen –Allgemeine Übersicht

M 2901-1Abbrennstumpfschweißen –Schweißen von Stahl

M 2903Elektroden für das Widerstands-schweißen

M 2905Buckelschweißen von Stählen

M 2916Prüfen von Punktschweißung

11 Normen undRegelwerke

Die nachstehend aufgeführten Normen mit ihren aktuellen Ausgabe-daten können bezogen werden bei:

Beuth Verlag GmbHBurggrafenstr. 6, 10787 BerlinTel. 0 30/26 01-0, Fax 0 30/26 01-2 32Internet: www.beuth.de

DIN EN 287-1: 2006-06Prüfung von Schweißern – Schmelz-schweißen, Teil 1: Stähle

DIN EN 439: 1995-05Schweißzusätze – Schutzgase zum Lichtbogenschweißen undSchneiden

DIN EN 760: 1996-05Schweißzusätze – Pulver zum Unter-pulverschweißen – Einteilung

DIN ISO 857-1: 2002-11Schweißen und verwandte Prozesse –Begriffe – Teil 1: Metallschweiß-prozesse

DIN EN 1011-3: 2001-01Schweißen – Empfehlungen zumSchweißen metallischer Werkstoffe –Teil 3: Lichtbogenschweißen vonnichtrostenden Stählen

DIN EN 1600: 1997-10Schweißzusätze – Umhüllte Stabelektroden zum Lichtbogenhand-schweißen von nichtrostenden undhitzebeständigen Stählen – Einteilung

ISO 3581: 2003-02Schweißzusätze – Umhüllte Stabelektroden zum Lichtbogenhand-schweißen von nichtrostenden undhitzebeständigen Stählen – Einteilung

DIN ISO 5182: 1995-03Schweißen – Werkstoffe für Wider-stands-Schweißelektroden undHilfseinrichtungen

DIN ISO 5821: 1984-04Punktschweiß-Elektrodenkappen

DIN EN 10088-1: 1995-09Nichtrostende Stähle – Verzeichnis dernichtrostenden Stähle

DIN EN 10088-2: 1995-09Technische Lieferbedingungen fürBlech und Band aus korrosionsbe-ständigen Stählen für allgemeine Ver-wendung

DIN EN 10088-3: 1995-09Nichtrostende Stähle – Technische Lie-ferbedingungen für Halbzeug, Stäbe,Walzdraht, gezogenen Draht, Profileund Blankstahlerzeugnisse aus korro-sionsbeständigen Stählen für allge-meine Verwendung

DIN EN 10088-4: 2006-01Nichtrostende Stähle – Technische Lie-ferbedingungen für Blech und Bandaus korrosionsbeständigen Stählenfür das Bauwesen

DIN EN 10088-5: 2006-01Nichtrostende Stähle – Technische Lie-ferbedingungen für Stäbe, Walzdraht,gezogenen Draht, Profile und Blank-stahlerzeugnisse aus korrosionsbe-ständigen Stählen für das Bauwesen

DIN EN ISO 14343: 2007-05Schweißzusätze – Drahtelektroden,Drähte und Stäbe zum Lichtbogen-schweißen von nichtrostenden undhitzebeständigen Stählen – Einteilung

ISO/TR 15608: 2005-10Schweißen – Richtlinien für eine Gruppeneinteilung von metallischenWerkstoffen

DIN EN ISO 17633: 2006-06Schweißzusätze – Fülldrahtelektrodenzum Metall-Lichtbogenschweißen mitoder ohne Gasschutz von nichtrosten-den und hitzebeständigen Stählen -Einteilung

DIN 18800-7: 2002-09Stahlbauten – Teil 7: Ausführung undHerstellerqualifikation

DVS 1708: 2007-01Technische RegelVoraussetzungen und Verfahren fürdie Erteilung von Bescheinigungenüber den Nachweis der Eignung zumSchweißen von Betonstahl nach DIN4099-2:2003-08

Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 220540013 Düsseldorf

www.edelstahl - rostfrei.de