Merkblatt 823

Schweißen von Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Die Informations-stelle EdelstahlRostfrei

Die Informationsstelle EdelstahlRostfrei (ISER) ist eine Gemein-schaftsorganisation von- Edelstahlherstellern,- Edelstahlverarbeitern,- Edelstahlhändlern,- Legierungsmittelproduzenten,- Oberflächenveredlern,- sonstigen mit Edelstahl Rostfrei

befaßten Unternehmen undOrganisationen.

Die Aufgaben der ISER umfassendie firmenneutrale Information überEigenschaften und Anwendungvon Edelstahl Rostfrei. Schwer-punkte der Aktivitäten sind- praxisbezogene, zielgruppen-

orientierte Publikationen,- Pressearbeit für Fach- und

Publikumsmedien,- Messebeteiligungen,- Durchführung von Schulungs-

veranstaltungen,- Information über Bezugsmög-

lichkeiten von Produkten ausEdelstahl Rostfrei,

- individuelle Bearbeitung techni-scher Anfragen.

Ein aktuelles Schriftenverzeichniswird auf Anforderung gerne über-sandt.

Impressum

Schweißen von Edelstahl Rostfrei3. Auflage 2000

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

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

Abbildungen:Stefan Elgaß,GeretsriedKrupp Thyssen Nirosta GmbH,Krefeld Thyssen Laser-Technik GmbH,AachenBilder 3, 4, 5, 6 wiedergegeben mitErlaubnis des DIN DeutschesInstitut für Normung e.V. Maßgebend für das Anwenden derNormen ist deren Fassung mit demneuesten Ausgabedatum, die beider Beuth Verlag GmbH,Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin,erhältlich ist.

Die in dieser Broschüre enthalte-nen Informationen vermittelnOrientierungshilfen. Gewährleis-tungsansprüche können hierausnicht abgeleitet werden.Nachdrucke, auch auszugsweise,sind nur mit Genehmigung desHerausgebers gestattet.

InhaltSeite

1 Einleitung 12 Grundwerkstoffe 12.1 Metallkundliche Merkmale

der nichtrostenden Stähle inbezug auf das Schweißen 1

2.2 Korrosionseigenschaften 23 Schweißverfahren 33.1 Schmelzschweißen 43.1.1 Lichtbogenhandschweißen

mit umhüllterStabelektrode 4

3.1.2 Schutzgasschweißen 4Wolfram-Inertgasschweißen(WIG)Plasmalichtbogenschweißen(WPL)Metall-Schutzgasschweißen(MSG)

3.1.3 Laserstrahlschweißen 63.1.4 Unterpulverschweißen (UP) 93.2 Preßschweißverfahren 93.2.1 Widerstands-

preßschweißen 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 176.3 Strahlen 176.4 Beizen 177 Artverschiedene

Verbindungen 178 Schweißen auf der

Baustelle 189 Schweißaufsicht,

Eignungsnachweise 199.1 Gütesicherung der Schweiß-

arbeiten, Anforderungenan die Betriebe 19

9.2 Voraussetzungen für denEignungsnachweis zumSchweißen nichtrostenderStähle 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,insbesondere Nickel, Molybdän,Titan und Niob, verbessern dieKorrosionsbeständigkeit undbeeinflussen auch die mechani-schen Eigenschaften.

Edelstahl Rostfrei hat in seinerfast 90jährigen Geschichte wegenseiner hohen Korrosionsbestän-digkeit, guten mechanischenEigenschaften und ausgezeichne-ten Verarbeitbarkeit wesentlicheBedeutung für Industrie undWirtschaft erlangt.

Weltweit werden jährlich über 15Millionen Tonnen rostfreier Stähleerzeugt, der überwiegende Teil inForm von Flachprodukten, aberauch als Stangen, Drähte, Rohre,Schmiedestücke und Formguß.

Alle diese Erzeugnisse werdenvorwiegend durch Schmelz-schweißen, in geringerem Umfangdurch Widerstandsschweißenund Löten gefügt.

Von der großen Zahl weltweitgenormter Stähle (z.B. EN 10 088)werden einige Sorten besonders

umfangreich für zahlreiche Anwen-dungen eingesetzt. Für dieseSorten werden in der vorliegendenSchrift allgemeine Erfahrungenund Empfehlungen zumSchweißen gegeben. Bei speziel-len Fragen sind die Hersteller derStähle und der Schweißzusätze zuweiteren Auskünften bereit.

Die Angaben zu den Grund- undZusatzwerkstoffen entsprechenden europäischen und den deut-

schen Normen bzw. Stahl-Eisen-Werkstoffblättern und den DVS-Merkblättern.

2 Grundwerkstoffe

Die vorliegende Schrift behandeltdas Schweißen von ausgewählten,häufig verwendeten Stählen ausden Gruppen der austenitischenChrom-Nickel-(Molybdän)-Stähle,der ferritisch-austenitischen(Duplex-)Stähle und der ferritischenStähle (Tabelle1).

Weitergehende Angaben zu denGrundwerkstoffen enthalten dieBroschüren der InformationsstelleEdelstahl Rostfrei „Edelstahl Rost-frei-Eigenschaften (MB 821)“ und„Die Verarbeitung von EdelstahlRostfrei (MB 822)“.

Bei allen Rostfrei-Sorten beruht dieKorrosionsbeständigkeit auf derPassivität der Werkstückober-fläche, die sich bei Anwesenheitvon Sauerstoff in dem umgeben-den Medium (z.B. Luft) ausbildet.Diese Passivschicht ist ein optischnicht erkennbarer, dünner amor-pher Film von etwa 10-5 mm Dicke.Nach Beschädigung der Passiv-schicht bildet sich diese neu,solange Sauerstoff aus der Umge-bung zur Verfügung steht.

2.1 MetallkundlicheMerkmale der nicht-rostenden Stähle inbezug auf dasSchweißen

Die hier erfaßten Chromstählehaben ein ferritisches Gefüge mitkubisch-raumzentriertem Gitter,die Chrom-Nickel-Stähle ein aus-tenitisches Gefüge mit kubisch-flächen-zentriertem Gitter.Ferritisch-austenitische Stähle wiez.B. der Stahl mit der Werkstoff-Nr. 1.4462 haben ein Mischgefügeaus Ferrit und Austenit.

Die beiden Gefügearten weisenneben der unterschiedlichenKorrosionsbeständigkeit der Stäh-le unterschiedliche Festigkeits-und Umformeigenschaften auf, dieauch für das Schmelzschweißender Stähle von Bedeutung sind.

Tabelle 1: Einige für das Schweißen wichtige physikalische Eigenschaften ausgewählter nichtrostender Stähle imVergleich zu unlegiertem Baustahl

Stahlsorte

Kurzname Werkstoff-Nr.

unlegierter Baustoff

Wärmeleit-fähigkeitbei 20 °CW/(m · K)

elektr.Widerstand

bei 20 °CΩ · mm2/m

Wärmeausdehnungzwischen 20 und 100 °C

10-6 · K-1

X5CrNi18-10X6CrNiTi18-10X4CrNiMo17-12-2X6CrNiMoTi17-12-2X2CrNiMo18-14-3X2CrNiMoN17-13-5X1NiCrMoCu25-20-5X2CrNiMoN22-5-3X2CrNi12X6Cr17X3CrNb17X2CrTi12

1.43011.45411.44011.45711.44351.44391.45391.44621.40031.40161.45111.4512

50 0,22 12,0

15

141215

25

0,73

0,750,851,000,80

0,60

16,0

16,5

15,812,010,510,010,010,5

2

Die ferritischen Chromstähle,insbesondere die nichtstabilisier-ten Sorten, haben eine geringere Bruchdehnung und Zähigkeit, diebeim Schweißen größere Aufmerk-samkeit in bezug auf Schweißzu-satz, -verfahren und Wärmeein-bringen erfordert, um Risse beimSchweißen zu vermeiden.

Das Gundgefüge der nichtrosten-den austenitischen Standardstähleist im Walz- und Schmiedezustandvollaustenitisch, sowohl bei Raum-temperatur als auch bei hohenTemperaturen. Die chemischeZusammensetzung der Stähle istso abgestimmt, daß im Schweiß-gut kleine Anteile von Deltaferritentstehen. Diese wirken einerHeißrißanfälligkeit entgegen.Die Anteile des Deltaferrits sind inerster Linie von dem Verhältnis derFerritbildner Cr, Mo, Si und Nb zuden Austenitbildner Ni, C, Mn undN abhängig und lassen sich mitHilfe des Schaeffler-Diagramms(Bild 1) näherungsweise bestim-men.

Das DeLong-Diagramm ist einAusschnitt aus dem SchaefflerDiagramm, das die Wirkung desStickstoffes auf die Austenit-bildung berücksichtigt und für Ferrit-Nummern bis FN 18 ange-wendet werden kann.

Genauere Angaben der Ferrit-nummern bis FN 100 ermöglichtdas WRC-Diagramm und damitauch die Abschätzung des Ferrit-gehaltes im Schweißgut vonDuplex-Stählen. Aber auch dasWRC-Diagramm liefert nur (besse-re) Anhaltswerte. Demgegenüberenthalten die vollaustenitischenStähle mit den Werkstoff-Nrn.1.4439 und 1.4539 keinen Ferritund können unter bestimmtenBedingungen (s. Abschnitt 4.1 und5.2) zur Heißrißbildung neigen.Während Risse bei den ferritischenStählen in bezug auf ihre Kerb-wirkung (z.B. bei Dauerschwing-beanspruchung) kritisch sind, spielen Mikrorisse in austeniti-schen Schweißnähten für dasFestigkeits- und Schwingverhal-ten wegen der großen Zähigkeitder Stähle im allgemeinen keineRolle.

2.2 Korrosions-eigenschaften

In passivem Zustand sind dienichtrostenden Stähle gegen zahl-reiche aggressive Medien bestän-dig und bedürfen keines weiterenOberflächenschutzes. Es ist aberwichtig, daß die Passivschichtnicht defekt ist, insbesonderedurch Anlauffarben und/oder Zun-der im Bereich der Wärmeeinfluß-zonen der Schweißnaht.

Vom Hersteller werden die Erzeug-nisse (Bänder, Bleche, Stangen,Rohre u.a.) mit passivierter Ober-fläche geliefert. Häufig werden dieblanken Bleche noch mit Folieoder Abziehlack gegen Beschädi-gung geschützt.

Wichtige Korrosionsarten:

Flächenkorrosion ist durch einengleichmäßigen oder annäherndgleichmäßigen Werkstoffabtrag

Bild 1: Schaeffler-Diagramm für Verbindungsschweißungen

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

3

gekennzeichnet. In der Regel wirdeine Abtragung unter 0,1 mm/Jahrals ausreichende Beständigkeitgegen Flächenkorrosion zugelas-sen. Wenn anstelle der Abtra-gungsrate die Massenverlustratepro Flächeneinheit als Maßgrößebenutzt wird, so gilt bei nicht-rostendem Stahl für die Umrech-nung die Beziehung 1 g/h · m2 =1,1 mm/a. UngleichmäßigeFlächenkorrosion wird als Mulden-korrosion bezeichnet.

Für die Beständigkeit nichtrosten-der Stähle gegen Flächenkorrosiongibt es zahlreiche Beständigkeits-tabellen und -diagramme. Gleich-mäßige Flächenkorrosion kann beinichtrostenden Stählen in Säurenund starken Laugen auftreten; siewird von der Stahlzusammmenset-zung wesentlich mitbestimmt. Die13%-Chromstähle liegen an derunteren Grenze, die 17%-Chrom-stähle sind wesentlich beständiger.Eine noch höhere Beständigkeitgegen Flächenkorrosion zeigen dieaustenitischen Cr-Ni-Stähle.Molybdän verbessert die Bestän-digkeit gegen chloridhaltige Medi-en und nichtoxidierende Säuren.Auch der Oberflächenzustandspielt eine Rolle: Glattere Oberflä-chen ergeben im allgemeinen einebessere Korrosionsbeständigkeit.

Gegen interkristalline Korrosionsind die austenitischen Stählemit einem niedrigen C-Gehalt(≤ 0,03% C) und die mit Titan oderNiob stabilisierten Stähle auch beigrößeren Wanddicken (> 6 mm)ohne Wärmenachbehandlungsicher. Diese Stahlsorten solltendeshalb für geschweißte Bauteilebevorzugt werden.

Nichtrostende Stähle mit C-Gehal-ten >0,03% können bei Wand-dicken oberhalb 6 mm - abhängigvon der Korrosionsbeanspruchung- ohne Wärmenachbehandlunginterkristalline Korrosion zeigen,bevorzugt im Schweißnahtbereich.Dabei tritt durch Ausscheiden vonChromkarbiden an den Korngren-zen eine Chromverarmung ein, diezu Kornzerfall führen kann.

Lochkorrosion (Pitting) kann ein-treten, wenn die Passivschicht

örtlich beschädigt wird; an diesenStellen können Grübchen oderLöcher entstehen, wenn Chloridio-nen (oder andere Halogenionen),besonders bei erhöhten Tempera-turen, die Oberfläche angreifen.Auch Ablagerungen auf der Ober-fläche, z.B. Fremdrost, Schlacken-reste, Anlauffarben, können zuLochkorrosion führen.

Spaltkorrosion kann eintreten,wenn sich in Spalten ein Korrosi-onsmedium anreichert. Unteraggressiven Bedingungen sind mitMolybdän legierte Rostfrei-Stählebesser beständig. Spalte solltennach Möglichkeit konstruktiv ver-mieden werden.

Kontaktkorrosion ist eine Korro-sionsart, die auftreten kann, wennsich zwei unterschiedliche metalli-sche Werkstoffe in Anwesenheiteines flüssigen Mediums, das alsElektrolyt wirkt, in Kontakt befin-den. Der weniger edle Werkstoff(Anode) wird an der Kontaktstelleangegriffen und geht in Lösung.Der edlere Werkstoff (Kathode)wird nicht angegriffen. In der Pra-xis, besonders im Stahlbau, sinddie nichtrostenden Stähle die edle-ren Werkstoffe gegenüber vielenanderen metallischen Werkstoffenwie unlegierten und niedrig legier-ten Stählen und Aluminium. Kon-taktkorrosion ist besonders dannkritisch, wenn die Oberfläche desedleren Werkstoffes groß ist imVerhältnis zur Oberfläche desweniger edlen Werkstoffes. Jegrößer der Potentialunterschiedder beiden Werkstoffe ist, destohöher ist das Risiko von Kontakt-korrosion. Schäden lassen sichvermeiden, indem die beidenWerkstoffe gegeneinander isoliertwerden. Bei deutlichen Größen-unterschieden der Werkstückober-flächen der Paarung muß diekleinere Fläche aus dem edlerenWerkstoff, die größere Fläche ausdem weniger edlen Werkstoffbestehen. Typisches Beispiel:Edelstahl-Rostfrei-Schrauben anAluminium-Fassaden vermeidenKontaktkorrosion.

Spannungsrißkorrosion ist eineKorrosionsart, die im Bauwesenkaum auftritt. Bei Spannungsriß-

korrosion entstehen transkristallineRisse bevorzugt bei austenitischenStählen, selten bei ferritischenStählen, wenn chloridhaltigeMedien bei erhöhten Temperaturenunter Zugspannung auf den Werk-stoff einwirken. Ferritisch-austeni-tische Stähle und austenitischeStähle mit höheren Nickelgehaltensind weniger empfindlich gegenSpannungsrißkorrosion als aus-tenitische Stähle mit 8 bis 12% Ni.

Schwingungsrißkorrosion isteine Sonderform der Spannungs-rißkorrosion bei Beanspruchungauf Schwingfestigkeit. Korrosions-medien können die Schwingfestig-keit herabsetzen. Die höher legier-ten nichtrostenden Stähle (z.B. mitMolybdän) sind besser beständiggegen Schwingungsrißkorrosionals die Standardgüten.

3 Schweiß-verfahren

Mit wenigen Einschränkungenkönnen die austenitischen und fer-ritischen nichtrostenden Stähle mitdenselben Schmelz- und Preß-schweißverfahren (ausgenommenGasschmelzschweißen) undSchweißanlagen gefügt werden,die für un- und niedriglegierteStähle üblich sind. FolgendeSchweißverfahren werden vorwie-gend angewendet:

Schmelzschweißverfahren:- Lichtbogenhandschweißen (EH),- Schutzgasschweißen:

- Wolfram-Schutzgas-schweißen (WSG),

- Metall-Schutzgasschweißen(MSG),

- Plasma-Lichtbogen-schweißen (WPL),

- Laserstrahlschweißen,- Unterpulverschweißen (UP).

Preßschweißverfahren:- Widerstandspreßschweißen

(Punkt-, Rollennaht- undAbbrennstumpfschweißen),

- Bolzenschweißen.

4

3.1 Schmelzschweißen

3.1.1 Lichtbogenhand-schweißen mit umhüllterStabelektrode

Bild 3 zeigt schematisch dasLichtbogenhandschweißen.Das Lichtbogenhandschweißen

besitzt aufgrund der nachfolgendaufgeführten Vorteile einen hohenStellenwert beim Schweißen nicht-rostender Stähle:- einfache Handhabung,- geringer Geräteaufwand,- universell in der Werkstatt und

auf der Baustelle einsetzbar,- breites Angebot an Spezial-

elektroden für unterschiedlicheAnwendungsfälle,

- auch für Zwangspositionensicher einsetzbar,

- niedriges Wärmeeinbringen(wichtig für vollaustenitischeStähle).

Schweißverhalten und Nahtaus-sehen werden maßgeblich von derUmhüllung bestimmt. Für dienichtrostenden Stähle werden rutil-umhüllte und basische Stabelek-troden verwendet.

Rutilumhüllte Elektroden habeneinen feintropfigen Werkstoffüber-gang und führen zu feinschuppi-gen, glatten und flachen Nähten.Sie sind sowohl an Gleichstrom(Elektrode am Pluspol) als auch an

Wechselstrom verschweißbar. DieSchlacke läßt sich leicht entfernen,zum Teil ist sie selbstlösend.Wegen der besseren Schweiß-eigenschaften werden wesentlichmehr rutilumhüllte Stabelektrodenverarbeitet als die nachfolgendbeschriebenen mit basischer Hülle.

Basisch umhüllte Elektroden sindausschließlich mit Gleichstrom(Elektrode am Pluspol) verschweiß-bar. Wegen des gröberen Tropfen-überganges lassen sie sich gut inZwangspositionen schweißen.Aufgrund ihrer guten Spaltüber-brückbarkeit werden sie häufig für

Wurzelnähte eingesetzt. Im Vergleichzu den rutilumhüllten Stabelektro-den ist hier die Naht grobschup-piger und die Schlacke vergleichs-weise schlechter zu entfernen.

Bei beiden Hüllentypen ist mitmöglichst kurzem Lichtbogen zuarbeiten.

Wegen des höheren elektrischenWiderstandes des hochlegiertenKernstabes müssen diese Stab-elektroden mit niedrigerer Strom-stärke verschweißt werden alsBaustahlelektroden.

Feuchtigkeit in der Elektrodenum-hüllung kann Schweißverhaltenund Schlackenabgang verschlech-tern sowie zu offenen Poren undbei empfindlichen Stählen (z.B.Feinkornstähle, nichtrostende ferri-tische Stähle) zu Kaltrissen führen.Basisch umhüllte hochlegierteStabelektroden sind weniger po-renempfindlich als rutilumhüllte.Für Transport, Lagerung und Rück-trocknung umhüllter Stabelektro-den gibt das Merkblatt DVS 0504Hinweise.

3.1.2 Schutzgasschweißen

Beim Schutzgasschweißen brenntder Lichtbogen unter einem Mantelvon inertem oder aktivem Schutz-gas, der die Umgebungsluft vonLichtbogen und Schweißbad fern-hält. Zu den Wolfram-Schutzgas-

Bild 3: Lichtbogenhandschweißen (DIN 1910-2 Ausgabe 08.77, Bild 24)

Bild 4: Wolfram-Inertgasschweißen (DIN 1910-4 Ausgabe 04.91, Bild 1)

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Schweißverfahren (WSG) gehörendie Verfahren WIG und WPL.

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

Als Schutzgas dient Schweißargon(DIN EN 439), für die austeniti-schen Stähle können bei maschi-nellen Verfahren zum Erhöhen derSchweißgeschwindigkeit auch handelsübliche Argon-Wasser-stoff-Mischgase (R 2 nach DIN EN 439) verwendet werden.Geschweißt wird mit Gleichstrom,die nichtabschmelzende Wolfram-elektrode ist mit dem Minuspolverbunden. Das WIG-Schweißeneignet sich für alle Schweißpositio-nen und besonders gut für dünneBleche und Wurzellagen. Bis zurBlechdicke von ca. 3 mm könnendie austenitischen Stähle mit denWerkstoff-Nrn. 1.4301, 1.4541,1.4401 und 1.4571 auch ohneSchweißzusatz verbunden werden.Für die Stähle mit den Werkstoff-Nrn. 1.4435, 1.4439, 1.4539 und1.4462 wird die Verbindung vor-wiegend mit Schweißzusatz aus-geführt.

Plasmalichtbogenschweißen(WPL)Das Plasmalichtbogenschweißen(Bild 5) ist mit dem WIG-Verfahreneng verwandt. Durch die scharfeBündelung des Lichtbogens wirdeine wesentlich höhere Energie-dichte erreicht.

Als Plasmagas dient Schweißar-gon, dem beim Schweißen vonAusteniten geringe Anteile vonWasserstoff zugemischt werden

können. Für das äußere Schutzgaswerden meist Argon-Wasserstoff-Gemische verwendet. Das Plas-maschweißen wird überwiegendals mechanisiertes Verfahren ein-gesetzt:- Mikroplasmaschweißen für den

Dickenbereich bis 1 mm,- Stichlochschweißen: Blech-

dicken bis ca. 10 mm könnenals I-Stoß durchgeschweißtwerden (Tabelle 2). Für größereBlechdicken wird eine Y-Nahtmit einer Steghöhe von ca. 5mmgewählt. Der verbleibende Quer-schnitt wird nach anderen Ver-fahren gefüllt.

Meist wird ohne Schweißzusatzgearbeitet, Spaltbreiten >0,08 xBlechdicke erfordern Schweißzu-satz.

Vorteile des Plasmaschweißenssind:- hohe Schweißgeschwindigkeit,- schmale Raupe und schmale

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

Von Nachteil sind:- aufwendigere Schweißanlage im

Vergleich zu WIG,- genaue Nahtvorbereitung

erforderlich,- Spannvorrichtungen und Fahr-

werk erforderlich.

Metall-Schutzgasschweißen(MSG)Bei nichtrostenden Stählen wirdfast ausschließlich das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG) ange-wendet.

Bild 5: Plasmalichtbogenschweißen (DIN 1910-4 Ausgabe 04.91, Bild 3)

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

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

6

Der Schweißstrom wird derabschmelzenden Drahtelektrodeim Schweißbrenner durch schlei-fenden Kontakt zugeführt (Bild 6).Im Vergleich zum WIG-Schweißenlassen sich hohe Abschmelzlei-stungen erreichen. Verwendet wer-den sowohl Massiv- als auch Füll-drahtelektroden. Die Drahtdurch-messer liegen meist zwischen 0,8bis 1,6 mm. Geschweißt wird mitGleichstrom, Drahtelektrode amPluspol.

Für Massivdrahtelektroden wirdals Schutzgas üblicherweise Argonmit 1 bis 3 % Sauerstoff oder mitmax. 2,5 % CO2 verwendet.(Höhere CO2-Gehalte können zueiner Aufkohlung des Schweiß-

gutes führen und verminderndadurch die Korrosionsbeständig-keit.) Die Drahtelektroden könnenje nach Anwendungsfall im Sprüh-,Kurz- und lmpulslichtbogen ver-schweißt werden:

In Wannen- und Horizontalpositionwird in der Regel mit dem Sprüh-lichtbogen gearbeitet, der beigeringer Spritzerneigung einenkurzschlußfreien, feinsttropfigenWerkstoffübergang ergibt. DerKurzlichtbogen wird angewendet,wenn geringes Wärmeeinbringengefordert ist, z.B. für dünne Bleche, Wurzellagen und inZwangspositionen. Von Nachteilsind Spritzerneigung (festhaftend)und überhöhte Raupe. Mit dem

Impulslichtbogen ist das Wärme-einbringen ebenfalls verringert; mitihm lassen sich sowohl dünne Ble-che als auch größere Wanddicken(diese auch in Zwangsposition)vorteilhaft fügen.

Fülldrahtelektroden sind mitjedem üblichen MSG-Gerät ver-schweißbar; dabei kann dieselbeVorschubeinheit benutzt werdenwie für Massivdraht. Es bestehtsehr geringe Spritzerneigung, dieRaupen fließen flach und kerbfreian und ihre Oberfläche ist glatt undnur leicht geschuppt. Die beson-deren Eigenschaften der beidenüblichen Fülldraht-Typen sind inTabelle 3 gegenübergestellt.

3.1.3 Laserstrahlschweißen

Neben den konventionellenSchweißverfahren hat sich dasLaserstrahlschweißen als neues,leicht automatisierbares Fügever-fahren etabliert. Nach DIN 1910Teil 2 wird das Laserstrahl-schweißen den Schmelzschweiß-verfahren zugeordnet. Durchfokussierte Laserstrahlung wirddas Metall lokal eng begrenztaufgeschmolzen und durchErzeugung einer Dampfkapillare(Keyhole) ein Tiefschweißeffekterzeugt (Bild 7). Die erzieltenSchweißnähte sind daher wesent-lich schlanker als vergleichbareSchweißnähte konventionellerSchweißverfahren. Durch dieAnwendung von Hochleistungsla-sern im Multikilowatt-Bereich kön-nen so Blechdicken bis zu 15 mmund mehr verschweißt werden.Aufgrund der lokal begrenzten

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 1910-4 Ausgabe 04.91, Bild 5)

7

Wärmeeinbringung und derschnellen Wärmeabfuhr aus derSchweißnaht ergeben sich spezifi-sche Eigenschaften von Laser-schweißnähten:- schmale Schweißnähte mit

großem Tiefen/Breitenverhältnis,- sehr schmale Wärmeeinflußzone,- geringer thermischer Verzug,- gute Umformbarkeit.

Im industriellen Einsatz stehenheute zwei Lasertypen zumSchweißen von Edelstählen zurVerfügung:

CO2-LaserDer CO2-Laser ist im kW-Bereichbis zu 25 kW-Laserleistung kom-merziell verfügbar und eignet sichgut für das Verschweißen von

Werkstücken von 1mm bis ca.15 mm.

Beim CO2-Laser wird die Laserstrah-lung über Spiegeloptiken auf dasWerkstück fokussiert. Der Schweiß-prozeß wird durch ein Schutzgaswie Helium, Argon oder ein Gas-gemisch unterstützt. Durch denSchweißprozeß baut sich über demKeyhole ein laserinduziertes Plasmaauf, das bei geeigneter Steuerungdurch das Schutzgas den Schweiß-prozeß unterstützt. Bild 8 zeigt eineDarstellung des Schweißprozessesan speziell konfektionierten Edel-stahlprofilen (tailored beams).Aufgrund der starren Strahlführungüber Spiegelelemente stellenSchweißanlagen mit CO2-Lasereine komplexe Anlagenlösung dar.Bild 9 ist eine graphische Darstel-lung der zum Schweißen notwen-digen Laserleistung in Abhängig-keit von der Einschweißtiefe.

Nd:YAG-LaserAufgrund der verfügbaren Laserlei-stungen von ca. 100 W bis 5 kWwird der Nd:YAG-Laser vorwie-gend zur Feinbearbeitung vonKomponenten aus Edelstahl undzum Verschweißen von Blech-dicken von 0,2 bis ca. 4 mm einge-

Bild 7: Prinzip Schweißen mit Laser

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

8

setzt. Die Laserstrahlung wird imUnterschied zu den CO2-Lasernvon der Strahlquelle zur Bearbei-tungsoptik über Glasfaserkabelgeführt. Die Bearbeitungsoptik istein Quarzlinsensystem, das dieLaserstrahlung auf das Werkstückfokussiert. Durch die Strahlführungüber Glasfaserkabel wird eine Ver-knüpfung mit Knickarmrobotern fürdie Führung der Fokussieroptikermöglicht. Dadurch wird eine sehrhohe Flexibilität für die dreidimen-sionale Bearbeitung gewährleistet.

Bild 10 zeigt das Verschweißenvon Edelstahlbehältern aus0,7 mm dickem Blech der Qualität1.4301 mittels Roboterarm.Aufgrund der schmalen Naht-geometrie ist eine präzise Kanten-vorbereitung zum Laserstrahl-schweißen ohne Zusatzwerkstofferforderlich. Als maximales Spalt-maß zwischen den Fügeteilenwird ein Verhältnis von 1/10 derBlechdicke angesetzt. Bei größe-ren Blechdicken darf der Füge-spalt nicht größer als der halbe

Fokusdurchmesser z.B. von0,6 mm sein. Sollten größereSpaltmaße unvermeidbar sein,kann beim Laserstrahlschweißenmit Zusatzdraht gearbeitet werden.Die erreichbaren Schweißge-schwindigkeiten reduzieren sichdabei um ca. 1/3 gegenüber derSchweißgeschwindigkeit ohneZusatzdraht.

Bei höher legierten Edelstählenkann eine Heißrißbildung beimSchweißen auftreten. Dies kann

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

durch Verwendung eines geeig-neten Zusatzdrahtes oder durchVorwärmen verhindert werden.

3.1.4 Unterpulverschweißen(UP)

Beim UP-Verfahren (vgl. MerkblattDVS 0917) brennt der Lichtbogenzwischen Drahtelektrode undWerkstück verdeckt in einerSchlackenkaverne, die durchSchmelzen des lose aufgeschütte-ten Pulvers entsteht (Bild 11).UP-Schweißen ist nur in Wannen-und Horizontalposition möglich,mit Sondervorrichtung auch inq-Position.

Üblicherweise wird die Drahtelek-trode am Pluspol mit Gleichstromverschweißt. Je nach Wanddickebeträgt der Drahtelektroden-Durchmesser zwischen 1,2 und4 mm. Die Stromstärke wird etwa10 bis 20% niedriger angesetzt alsbei den un- und niedriglegiertenStählen.

3.2 Preßschweiß-verfahren

3.2.1 Widerstands-preßschweißen

Widerstandspreßschweißverfahren(DVS-Merkblatt 2916 und 1609)ermöglichen mit geringem Auf-wand hochwertige Verbindungenguter Reproduzierbarkeit.

Dank der niedrigen elektrischenLeitfähigkeit und Wärmeleitfähig-keit der austenitischen Stähle imVergleich zu den unlegiertenStählen sind diese für das Wider-standsschweißen sehr gut geeig-net. Wegen der geringen Wärme-zufuhr wird die Oberfläche dabeikaum beeinträchtigt. Ihre höhereWärmeausdehnung (siehe Tabelle 1)kann sich aber nachteilig auf denVerzug auswirken.

Beim Punkt- und Rollennaht-schweißen werden meist überlapptangeordnete Bleche miteinanderverbunden, wobei ein unge-schweißter Spalt verbleibt. Die Ver-fahren werden bevorzugt dort

angewendet, wo eine Gefährdungdurch Spaltkorrosion (s. Abschnitt2.2) nicht gegeben ist. Die beimSchweißen entstehenden Anlauf-farben sind ggf. zu entfernen.(s. Abschnitt 6)

Die Oberfläche der zu verschwei-ßenden Teile muß metallisch sau-ber sein. Beim Punktschweißenhängen Größe und Form derSchweißlinse wesentlich vonStromstärke, Einschaltzeit desStromes und Elektrodenkraft ab.Mit zunehmender Stromeinschalt-dauer werden Höhe und Durch-messer der Schweißlinse größer;in der Praxis werden kurze Strom-zeiten bevorzugt. Wegen deshöheren elektrischen Widerstan-

des der austenitischen Stähle(s. Tabelle 1) werden niedrigereStromstärken angewendet als beiunlegierten Stählen. Die Strom-stärke ist so einzustellen, daß dieHöhe der Schweißlinse etwa 50%der Dicke beider Blechquerschnit-te beträgt und 80% nicht über-schreitet (Bild 12). Zu hoheSchweißströme können Spritzerund damit Lunker in den Schweiß-linsen verursachen.

Im Vergleich zu unlegierten Stählenwerden zwei- bis dreimal höhereElektrodenanpreßdrücke benötigt.Der Anpreßdruck muß auch nachAbschalten des Stromes noch solange aufrechterhalten bleiben,

Bild 12: Angaben für empfohlene Linsenabmessungen und die Eindrucktiefebeim Punktschweißen

Bild 11: UP-Schweißen (Handbuch für das Unterpulverschweißen, Bild 1)

10

bis die Schweißlinse erstarrt ist(bei dünnen Blechen genügt eineNachpreßzeit von 0,5 s, bei 3 mmBlechdicke von etwa 1 s).

Zum Punktschweißen der nicht-rostenden Stähle werden Elektro-den aus Kupferlegierungen miteiner Warmhärte von mind. 70 HBbei 400 °C verwendet. Es kommenhierfür Elektroden aus CuCrZr-oder CuCrBe-Legierungen in

Frage (Werkstoffe A3/1 oder A3/2nach DIN 44759 und MerkblattDVS 1609, Abmessungen nachDIN 44750). Elektroden mit balligerKontaktfläche werden bevorzugtverwendet, weil sie keine so exak-

te Justierung erfordern wie Elek-troden mit flachen Kontaktflächen.Richtwerte für Maschinen-Einstell-daten in Abhängigkeit von derBlechdicke enthält für austeniti-sche Stähle Tabelle 4. EineZusammenstellung von Schweiß-fehlern beim Punktschweißen undderen Ursachen enthält Tabelle 5.

Das Rollennahtschweißen – konti-nuierlich oder mit intermittierender

Rollenbewegung (Schrittschweißen)– kann mit balligen oder flachenElektrodenlaufflächen durchgeführtwerden. Die Elektrodenkraft bleibtständig aufrecht erhalten, der Stromwird intermittierend eingeschaltet.

Richtwerte zum Rollennahtschwei-ßen enthält Tabelle 6.

Beim Abbrennstumpfschweißenwerden die Kontaktflächen derWerkstücke mehrmals kurzzeitig zurBerührung gebracht und wiedergetrennt. Dabei findet an den Kon-taktflächen ein Planbrennen statt,wenn diese vor dem Schweißennicht exakt plan waren. Wenn sichdie Enden der Teile auf Fügetempe-

ratur erwärmt haben, werden sie mithoher Geschwindigkeit zusammen-gepreßt. Der dabei entstehendeStauchdruck bewirkt das Ver-schweißen der Enden, wobei Oxideund ein Teil des Werkstoffes aus

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

Blechdicke

mm

0,51,01,52,02,5

4,05,06,07,08,0

50757575

100

3,35,88,0

10,712,0

8,312,814,016,516,6

∞3445

03366

3,01,21,11,11,0

Breite B

mm

RollenelektrodeRadius R

mm

Elektroden-kraft F

kN

Schweiß-strom I

kA

Stromzeitts

Periode

Strompausetp

Periode

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 hoch zu klein

zu hoch zu niedrig zu klein verunreinigt

zu hoch zu lang zu hoch 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

5688

1010

7575

100100150150

2,35,08,09,0

12,015,0

4,07,09,0

10,512,515,0

358

121416

2,84,05,26,97,27,7

200550

1000150019002600

Durchmesserd

mm

ElektrodeBalligkeits-

radius r

mm

Elektrodenkraft F

kN

Schweiß-strom I

kA

Stromzeit

Perioden

Punkt-durchmesser

mm

Scherzug-kraft

kN

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

dem Schweißspalt herausgepreßtwerden. Die Spannkraft muß genü-gend groß sein, damit die Werk-stücke in den Spannbacken nichtrutschen (die Spannkraft soll das1,5- bis 2-fache der Stauchkraftbetragen).

Für Edelstahl Rostfrei werdenetwas geringere Stromstärken,aber etwas höhere Stauchdrückeangewendet als für unlegierteStähle. Dementsprechend sindauch die Spannkräfte für nicht-rostende Stähle höher als fürunlegierte und niedriglegierte

Stähle. Die Einstellwerte sind imVorversuch zu ermitteln. WeitereAngaben zum Abbrennstumpf-schweißen enthält MerkblattDVS 2901.

Das Buckelschweißen ist ein wei-teres Widerstandspreßschweißver-fahren, findet aber im Bauwesenund Stahlbau kaum Anwendung; eswird deshalb hier nicht behandelt.Hinweise enthält das MerkblattDVS 2905.

3.2.2 Bolzenschweißen

Beim Bolzenschweißen werdenstiftförmige Teile mit flächigenWerkstücken durch Preßschweißenverbunden. Die Verbindung erfolgtim flüssigen oder plastischenZustand der Schweißzone. DasLichtbogen-Bolzenschweißenhat die größte Bedeutung. Dabeiwird zwischen Bolzenspitze undWerkstück ein Lichtbogen gezün-det, der die Stirnflächen anschmilzt.Nach Ablauf der Schweißzeit wirdder Bolzen in die Schmelze ge-drückt, wodurch der Lichtbogen

erlischt und die Schmelze erstarrt.Typische Verfahrensparameterkönnen der Tabelle 7 entnommenwerden.

Von den verschiedenen Variantendes Lichtbogen-Bolzenschweißens(Bild 13) werden vor allem das Hub-zündungsbolzenschweißen mitKeramikring oder Schutzgas, dasKurzzeit-Bolzenschweißen mit Hub-zündung und das Bolzenschweißenmit Spitzenzündung industrielleingesetzt. Gegenüber anderen

Fügeverfahren haben sie folgendeVorteile:

- Das Bauteil muß nur von einerSeite zugänglich sein, es entfal-len Bohrungen, die zu Undichtig-keiten führen können.

- Es entsteht eine vollflächige Ver-schweißung mit hoher Belast-barkeit.

- Der große Durchmesserbereichvon 0,8 bis 25 mm und das Ver-arbeiten von Flachstiften miteinem Seitenverhältnis von biszu 1:5 erlauben vielfältigeAnwendungen.

- Mit leichten Handpistolen kannin allen Schweißpositionen gear-beitet werden.

- Durch die kurze Schweißzeitkommt es zu nur geringem Ein-brand und Verzug.

- Durch einen angestauchtenFlansch an der Bolzenspitzekann die Schweißfläche ver-größert werden, so daß dieFestigkeit des Bolzens oderdes 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 Anlagen-bau (Verankerung von feuerfestenIsolierungen), im Apparatebau(Befestigung von Flanschen undDeckeln), im Schiffbau (Befesti-gung von Isolierungen und Aus-bauelementen) sowie im Straßen-und Schienenfahrzeugbau (Befe-stigung von Kabelbäumen, Rohr-leitungen und Aggregaten).Bei Bolzen ab 12 mm Durchmes-ser und Werkstückdicken überetwa 3 mm wird fast ausschließlichmit der Variante „Hubzündung mitKeramikring“ geschweißt. Bei dün-nen Blechen (auch unter 1 mmDicke) und hohen Ansprüchen andas dekorative Aussehen derRückseite wird man der Variante

„Kondensatorentladung mit Spit-zenzündung“ den Vorzug geben(Tabelle 8). Dabei ist allerdings derBolzendurchmesser auf 8, max.10 mm begrenzt.

Für hohe Ansprüche an diemechanische Festigkeit der Ver-bindung, auch für Schwarz-Weiß-Verbindungen, eignet sich beson-ders die Variante „Kurzzeit mitHubzündung“ (Tabelle 9).

Bolzenschweißen von nicht-rostenden StählenBeim Bolzenschweißen von aus-tenitischen nichtrostenden undhitzebeständigen Stählen trittkeine Gefügeumwandlung unddamit auch keine Aufhärtung ein.Die hohe Abkühlungsgeschwindig-

keit beim Bolzenschweißen istdaher von Vorteil, da sie Ausschei-dungsvorgänge (z.B. Karbidaus-scheidungen) verhindert. Die aus-tenitischen Stähle sind auch gutumformbar. Bei den austentiti-schen CrNi(Mo)-Stählen entstehtim Schweißgut bis zu 10% Delta-Ferrit; sie sind daher nicht heißriß-gefährdet. Dagegen besteht beiden höherlegierten vollausteniti-schen Stählen die Gefahr derHeißrißbildung im aufgeschmolze-nen Schweißgut; ihre Eignung zumBolzenschweißen muß daher vor-geprüft werden. Eine Übersicht dermöglichen Werkstoff-Kombinatio-nen, z.B. das Schweißen vonnichtrostenden Bolzen auf unle-gierte oder niedrig legierte Bleche(Schwarz-Weiß-Verbindungen)enthalten Tabellen 8 und 9.

Die im Schweißgut zu erwartendenGefüge als Folge der Vermischungder beiden Werkstoffe können mitdem WRC-Diagramm abgeschätztwerden (vgl. Punkt 2.1).

Für das Bolzenschweißen im bau-aufsichtlichen Bereich sind dieStähle gemäß der jeweils gültigenZulassung „Bauteile und Verbin-dungsmittel aus nichtrostendenStählen“ zulässig, die in ihrer aktu-ellen Fassung als SonderdruckSD 862 bei der InformationsstelleEdelstahl Rostfrei bestellt werdenkann.

Die Schweißbedingungen sind beiden nichtrostenden Stählen sorg-fältiger abzustimmen als bei denunlegierten Stählen, weil der Tole-ranzbereich der Schweißparameterenger ist. Auch die mögliche Blas-wirkung ist zu beachten. DasSchweißen unter Schutzgas (z.B.82% Ar und 18% CO2) erweitertden Toleranzbereich der Schweiß-parameter und ist besonders beiBolzendurchmessern über 16 mmerforderlich.

Die umwandlungsfreien ferriti-schen Chromstähle haben einenKohlenstoffgehalt unter 0,1%, sindmit zunehmendem Cr-Gehalt(Cr 13 bis 24%) weniger verfor-mungsfähig und neigen zur Grob-kornbildung. Sie werden beimBolzenschweißen vorwiegend zur

Bild 13: Die wichtigsten Verfahrensvarianten beim Lichtbogenbolzen-schweißen

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-Bolzenschweißen mit Spitzenzündung

Tabelle 9: Schweißeignung von gängigen Grundwerkstoff/Bolzen-Kombinationen beim Hubzündungsbolzenschweißenmit Keramikring 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

Analysewerten 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 Mindest-streckgrenze 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 undmetallbeschichteteStahlbleche, max.Beschichtungsdicke25 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

Analysewerten 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 Mo 3

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

Kessel-und Feuerraumbestiftungan unlegierten warmfesten Stählen(z.B. 16Mo3, 13CrMo4 4) verwen-det.

Bolzenschweißen von unlegier-tem mit nichtrostendem StahlBolzenschweißungen von unlegier-tem mit austenitischen CrNi-Stählen (Schwarz-Weiß-Verbin-dungen) führen durch die Vermi-schung von ferritischen mitaustenitischen Werkstoffen zueinem spröden Martensitgefügeim Schweißgut. Sind die Anteilevon Bolzen- und Grundwerkstoffim Schweißgut bekannt, kann imDiagramm das zu erwartendeGefüge ermittelt werden. Im allge-meinen liegt der Bolzenanteil in derSchmelze bei 55 bis 60%.Er ist abhängig vom Bolzendurch-messer, Blechdicke und Schweiß-bedingungen. Beim Kurzzeitbol-zenschweißen mit Schutzgas liegter bei 65%. Durch Variation derArbeitsbedingungen allein kannder Martensitbereich der Schmelzenicht verlassen werden. Nur durchein starkes Auflegieren der Bolzen-spitze wäre dies möglich. Dazukommt bei artfremden Schweiß-verbindungen eine Kohlenstoffdif-fusion im Übergang vom kohlen-stoffreichen (unlegierten) zumkohlenstoffarmen (legierten) Werk-stoff bzw. Schmelzbad. Dabeientsteht immer eine sehr dünne(ca. 0,05 mm) kohlenstoffreicheZone mit starker Aufhärtung. DieVerbindung von unlegierten Bolzenmit legiertem Werkstück ist dabeibesonders ungünstig. Sie führtaußerdem tiefer in den Martensit-bereich als bei legierten Bolzen aufunlegiertem Werkstück.Das Hubzündungsbolzenschwei-ßen mit Keramikring und Schweiß-zeiten über 100 ms eignet sich fürBolzendurchmesser bis ca. 8 mm.Bei größeren Bolzendurchmessernkönnen meist keine Schweißungenausreichender Festigkeit undUmformungsfähigkeit erzielt wer-den. Da durch den (porösen)Keramikring immer etwas Luft-feuchtigkeit vorhanden ist, die imLichtbogen in Wasserstoff undSauerstoff zerlegt wird, besteht dieGefahr der wasserstoffinduziertenRißbildung. Man kann dann aufreibgeschweißte Verbundbolzen

ausweichen, die an der Bolzen-spitze ein dem Werkstück ent-sprechendes Zwischenstückhaben.

Schwarz-Weiß-Verbindungen imBauwesen sind durch den jeweilsgültigen Zulassungsbescheid„Bauteile und Verbindungsmittelaus nichtrostenden Stählen“ desDiBt geregelt. Danach darf nur dieKombination weißer Bolzen/-schwarzer Grundwerkstoff verar-beitet werden. Der Bolzendurch-messer ist auf 10 mm begrenzt,statt des Keramikringes muß Schutzgas verwendet werden.Ein Korrosionsangriff des schwarz-en Teils ist durch eine Beschich-tung zu vermeiden. Weitere Einzel-heiten können der Zulassung ent-nommen werden. Damit hat manz.B. die Möglichkeit, Glasfassadendurch Bolzenschweißen rationellzu erstellen, ohne daß nach kurzerZeit häßliche Rostfahnen entste-hen.

Bei Bolzendurchmessern bis 12mm ist es möglich, durch Kurzzeit-bolzenschweißen mit Schutzgasdie Schmelzzone so schmal zuhalten, daß sich die spröde Mar-tensitzone nicht auf die Verfor-mungsfähigkeit und Festigkeit desBolzens auswirkt.

Beim Bolzenschweißen mit Kon-densatorentladung sind durch diegrößere Schweißfläche mit Flanschund die sehr schmale Schmelzzone(ca. 0,1 mm) Bedingungen gege-ben, die zu brauchbaren Schwarz-Weiß-Verbindungen führen.

4 SchweißzusätzeFür die in der Bauindustrie amhäufigsten zum Einsatz kommen-den nichtrostenden austenitischen,ferritischen und austenitisch-ferritischen Stähle (s. Tabelle 1)sind in der Tabelle 10 die empfoh-lenen Schweißzusätze aufgeführt.

4.1 Schweißzusätze füraustenitische Stähle

Während das Schweißen der Stäh-le mit den Werkstoff-Nrn. 1.4301bis 1.4435 mit den artgleichen

Schweißzusätzen mit Deltaferritan-teil unproblematisch ist, sind beimSchweißen der stabilaustenitischenStähle besondere Maßnahmen zurVermeidung von Heißrißanfälligkeitzu beachten (s. Abschnitt 5).

4.2 Schweißzusätzefür ferritisch-austenitische Stähle

Der ferritisch-austenitische Stahl1.4462 ist schweißtechnisch wiedie austenitischen Stähle mitFerritanteil zu behandeln. DasSchweißen mit erhöhtem Wärme-einbringen ist vorteilhaft.

4.3 Schweißzusätze fürferritische Stähle

Ferritische nichtrostende Stählewerden im allgemeinen mit aus-tenitischen Schweißzusätzengefügt. Wenn eine Farbgleichheitzwingend gefordert ist, sind ferriti-sche Schweißzusätze vom TypX8CrTi18 zu verwenden; bei Mehr-lagenschweißung nur für die Deck-lage (Hinweise zur Schweißaus-führung s. Abschnitt 5).

5 Vorbereiten undAusführen derSchweißarbeiten

5.1 Schweißnaht-vorbereitung

Die Nahtvorbereitung ist in Ab-hängigkeit vom Schweißverfahren,von der Blechdicke und auch vonder Schweißposition festzulegen.Die Wahl der Fugenformen kann inAnlehnung an die jeweiligen DIN-Normen oder nach sonstigen Vor-schriften erfolgen.

Zur Nahtkantenvorbereitungwerden mechanische oder thermi-sche Trennverfahren angewendet.Die mechanische Bearbeitungerfolgt z. B. durch Scheren,Hobeln, Fräsen und Schleifen,Wasserstrahlschneiden. Als ther-mische Bearbeitungsverfahrenkommen das Plasmaschneidenund das Laserstrahlschneiden inBetracht.

15

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

1. Umhüllte Stabelektroden nach DIN EN 1600

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

2. Drahtelektroden, Drähte und Stäbe nach DIN EN 12072

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 12073

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 P MM für Mischgas

Tabelle 10: Zuordnung von Legierungstyp des Schweißzusatzes zum Grundwerkstoff

X5CrNi18-10

X6CrNiTi18-10

X5CrNiMo17-12-2

X6CrNiMoTi17-12-2

X2CrNiMo18-14-3

X2CrNiMoN17-13-5

X1NiCrMoCu25-20-5

X2CrNiMoN22-5-3

X2CrNi12

X6Cr17

X3CrNb17

X2CrTi12

1.4301

1.4541

1.4401

1.4571

1.4435

1.4439

1.4539

1.4462

1.4003

1.4016

1.4511

1.4512

19 9 L

19 9 L19 9 Nb

19 12 3 L

19 12 3 L19 12 3 Nb

19 12 3 L18 16 5 N L

18 16 5 N L

20 25 5 Cu N L

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 den thermisch geschnittenenNahtflanken ist es häufig notwen-dig, diese vor dem Schweißenleicht zu überschleifen, um nochvorhandene Oxidreste zu beseiti-gen. Zum Schleifen sind kunst-harzgebundene Korundscheiben(Fe- und S-frei) mit feiner Körnungzu verwenden. Es ist zu beachten,daß die verwendeten Schleifmittelnicht vorher für die Bearbeitungun- und niedriglegierter Stählebenutzt wurden.

Bei allen nichtrostenden Stählenhängt das Schweißergebniswesentlich von der Vorbereitungzum Schweißen ab. Eine der wich-tigsten Voraussetzungen ist dieSauberkeit der Schweißnahtkan-ten. Diese müssen nicht nur metal-lisch blank, d. h. frei von Oxidenund Zunder sein, sondern dürfenauch keine Verunreinigungendurch Fette, Öle oder andereorganische Stoffe aufweisen, diezu Aufkohlungen und Einschlüssenin den Schweißnähten führenkönnen.

Bei der mechanischen Reinigungder Nahtkanten bzw. der Nahtum-gebung dürfen nur Bürsten ausnichtrostendem Stahl verwendetwerden. Für eine chemische Reini-gung kommen zugelassene Löse-mittel in Betracht.

5.2 Schweißausführung

Beim Schweißen nichtrostenderaustenitischer Stähle sind gegen-über den un- und niedriglegiertenStählen die unterschiedlichen phy-sikalischen Eigenschaften zu be-achten (s. Tabelle 1):

- der höhere Wärmeausdeh-nungskoeffizient,

- die niedrigere Wärmeleitfähigkeit,- der größere elektrische Wider-

stand.

Diese Unterschiede beeinflussendie Wahl des Schweißverfahrensund die Ausführung der Schweiß-arbeiten. Der relativ hohe Wärme-ausdehnungskoeffizient und dieniedrige Wärmeleitfähigkeit aus-tenitischer Stähle wirken sichbesonders auf den Verzug beimSchweißen aus.

Abhilfemaßnahmen sind:

- Wärmeabführung durch Kupfer-schiene,

- Schweißen mit niedrigerStreckenenergie,

- Schweißen in Vorrichtungen,- Heften in kürzeren Abständen.

Folgende Heftabstände werdenempfohlen:

Beim Heften und Schweißen wirddavon abgeraten, die Elektrodeaußerhalb des Nahtbereichs zuzünden, da die entstehendenZündstellen die Korrosionsbestän-digkeit dort herabsetzen können.Bei den vollaustenitischen Stählensollten die Heftstellen beschliffenund ggf. von Endkraterrissen be-freit werden.

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

In Abhängigkeit von Stahlsorte undWanddicke sind die Elektroden-/Drahtdurchmesser und die ent-sprechenden Schweißparameterzu wählen. Die Zwischenlagentem-peratur sollte auf max. 150 °Cbegrenzt werden.

Beim Schmelzschweißen dervollaustenitischen Stahlsorten wie1.4439 und 1.4539 ist besondersbeim zusatzlosen Schweißen(dünne Wanddicken) die erhöhteHeißrißgefahr zu beachten, d.h.Schweißen mit begrenztem Wär-meeinbringen und Einhalten derZwischenlagen- und Arbeitstem-peraturen.

Die ferritischen Stähle mit denWerkstoff-Nrn. 1.4003, 1.4016,1.4511 und 1.4512 verhalten sichbezüglich der Wärmeausdehnung

etwa wie un- und niedriglegierteStähle. Im Vergleich zu den aus-tenitischen Stählen sind sie jedochbis auf den Stahl 1.4003 in derWärmeeinflußzone wegen der Bil-dung von Grobkorn und Chrom-karbidausscheidungen wesentlichkritischer zu verarbeiten. Deshalbsind die Schweißverbindungen mitkleinstmöglichen Schmelzbädern(kleine Elektrodendurchmesser, niedrige Streckenenergie) auszu-führen. Meistens werden austeniti-sche Schweißzusätze wegen derbesseren Zähigkeitseigenschaftenin der Schweißverbindung verwen-det.

Vor Beginn der Schweißarbeiten istes ratsam, die Verarbeitungsemp-fehlungen der Stahlhersteller undSchweißzusatzwerkstoffherstellersowie die jeweiligen Normen und Regelwerke (s. Abschnitt 11)zu beachten.

6 Nachbehandlungvon Schweiß-verbindungen

Zur Erzielung bester Korrosions-beständigkeit ist es erforderlich,die Schweißnähte und die beein-flußten Zonen grundsätzlich vonSchlackenresten, Schweißsprit-zern, Anlauffarben oder anderenOxidationsprodukten zu reinigen.Die Behandlung kann durchBürsten, Schleifen, Polieren,Strahlen oder Beizen erfolgen.Je feiner und glatter die Ober-fläche, desto größer ist die Kor-rosionsbeständigkeit.

6.1 Bürsten

Zum Bürsten sind handelsüblichenichtrostende Stahlbürsten zubenutzen, die vorher nicht zurReinigung anderer Werkstoffe ver-wendet wurden. Das Bürsten kannausreichend sein, wenn sich da-durch vorhandene Oxidschichtenund Schlackenreste völlig beseiti-gen lassen und eine metallischblanke, saubere Oberfläche erzieltwird.

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

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

6.2 Schleifen und Polieren

Beim Beschleifen von Schweiß-nähten ist zu beachten, daß dieSchleifwerkzeuge eisenfrei sind(Fremdrostgefahr) und nur für dieBearbeitung nichtrostender Stähleeingesetzt werden. Die verwendeteKörnung richtet sich nach demjeweiligen Anwendungsfall undsollte beim Fertigschliff üblicher-weise bei 180 bis 240 (und feiner)liegen. Es darf nicht mit zu hohemAnpreßdruck gearbeitet werden.Nach Beendigung der Schleifarbei-ten dürfen keine Anlauffarben undgrobe Schleifriefen zurückbleiben.

Besonders glatte Oberflächen wer-den durch mechanisches Polierenoder Elektropolieren erzielt. In Son-derfällen, z.B. bei Gefahr vonSpannungsrißkorrosion in chlorid-haltigen Medien, sollte nach demSchleifen gebeizt werden.

6.3 Strahlen

Beim Strahlen werden als Strahl-mittel nichtrostender Stahl, Quarz-sand, Glasperlen oder andereeisenfreie synthetische oder mine-ralische Strahlmittel verwendet.Die entstehende metallisch blanke,angerauhte Oberfläche sollteanschließend bei hohen Anforde-rungen an die Korrosionssicherheitgebeizt, ggf. passiviert werden.

6.4 Beizen

Vor dem Beizen sind grobe Verun-reinigungen sowie Fett und Ölrestevollständig zu entfernen. Das Bei-zen kann durch Tauchbeizen,Sprühbeizen oder Beizen mit Beiz-paste oder Beizgel erfolgen. Imeinzelnen sind die Empfehlungender Beizmittellieferanten zu beach-ten.

Nach dem Beizen ist eine sorgfälti-ge Spülung mit Wasser vorzuneh-men. Es ist darauf zu achten, daßkeine Beizmittelrückstände z.B. inSpalten verbleiben, da diese Kor-rosionsschäden auslösen können.

Damit das mit Beize kontaminierteSpülwasser nicht ungeklärt in dieKanalisation gelangt, kann diegebeizte Schweißnaht mit einerNeutralisationspaste behandeltwerden. Nachdem sich in demaufgefangenen Spülwasser dieRückstände abgesetzt haben,kann das geklärte Wasser in dieKanalisation abfließen. Die Rück-stände müssen (als Sondermüll)separat entsorgt werden.

Bei hohen Anforderungen an dieKorrosionsbeständigkeit kommtals Endbehandlung eine Passivie-rung in ca. 20%iger Salpetersäurein Betracht. Auch nach dem Passi-vieren ist eine sorgfältige Reini-gung mit Wasser notwendig.

7 ArtverschiedeneSchweiß-verbindungen

Für Schmelzschweißverbindungenzwischen artverschiedenen Grund-werkstoffen wird der Schweißzu-satz so ausgewählt, daß dieSchweißnaht die an die Grund-werkstoffe gestellten Anforderun-gen erfüllt. Als Schweißverfahrenwerden hierfür vorwiegend dasLichtbogenhand- und Schutzgas-schweißen eingesetzt.

Sind zwei unterschiedliche nicht-rostende austenitische Stähledurch Schmelzschweißen mitein-ander zu verbinden (z.B. 1.4301mit 1.4401), dann genügt im allge-meinen der für den weniger hochlegierten Grundwerkstoff geeigne-te artgleiche Schweißzusatz.

Verbindungen zwischen einemaustenitischen Stahl und dem ferri-tisch-austenitischen Stahl 1.4462können mit den Schweißzusatz-typen 22 9 3 N L oder 19 12 3 Lausgeführt werden.

Für Verbindungen von austeniti-schem Stahl mit ferritischemChromstahl oder mit un- und nied-riglegiertem Stahl mit nichtrosten-den Stählen - letztere auch als„Schwarz-Weiß-Verbindungen“bezeichnet - haben sich in der Pra-

xis die in Tabelle 11 aufgeführtenSchweißzusätze bewährt. FürVerbindungen zwischen dem ferri-tisch- austenitischen Stahl 1.4462und un- bzw. niedriglegiertenStählen sind sowohl die Schweiß-zusätze nach Tabelle 11 als auchder Duplexschweißzusatz 22 9 3 N Lgeeignet.

Die Schweißzusätze sind in ihrenLegierungsgehalten so abge-stimmt, daß kein rißempfindlichesGefüge in der Naht entsteht, wenndas Verhältnis der aufgeschmolze-nen Grundwerkstoffanteile zu demabgeschmolzenen Schweißzusatz(Aufschmelzgrad) entsprechendbegrenzt wird.

Für artverschiedene Verbindungenim bauaufsichtlichen Bereich dür-fen Schweißzusätze und Schweiß-hilfsstoffe (z.B. Schutzgas,Schweißpulver) nur dann verwen-det werden, wenn sie von einerhierfür bestimmten Stelle, z.B. vomBundesbahn-Zentralamt Minden,zugelassen wurden.

Zur Auswahl des geeignetenSchweißzusatzes und zu schweiß-technischen Besonderheitengibt das in Bild 1 dargestellteSchaeffler-Diagramm Hinweise.Auf graphische Weise wird darinfür eine Mischverbindungzwischen einem allgemeinen Bau-stahl (z.B. St 52-3) und 1.4571 amBeispiel der Wurzelschweißunggezeigt, welche Zusammenset-zung und welches Gefüge in derSchweißnaht zu erwarten sind:Werden beide Stähle ohneSchweißzusatz miteinander ver-schweißt und nimmt man an, daßdie Naht aus gleichen Anteilen derbeiden Grundwerkstoffe besteht,so erhält man den Punkt X in Bild1. Aus dem Diagramm ist zu erse-hen, daß ein vollmartensitischesSchweißnahtgefüge entsteht, daswegen seiner hohen Härte undRißempfindlichkeit nicht erwünschtist. Punkt Y gilt für den Schwarz-Weiß-Zusatztyp 23 13 2 bzw.23 12 L (s. Tabelle 11). Das zuerwartende Schweißnahtgefügeläßt sich jetzt auf der Verbindungs-linie X-Y in Abhängigkeit vomAufschmelzgrad ablesen. Füreinen Aufschmelzgrad von

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z.B. 25% erhält man Austenit mitetwa 10% Ferrit, eine Gefügezu-sammensetzung, die angestrebtwird.

In gleicher Weise kann man mitden in Tabelle 11 aufgeführtenSchweißzusätzen nach DIN 12072und DIN 12073 vorgehen. Dabei

ist zu erkennen, daß die Legie-rungstypen 20 10 3 und 18 8 Mnnur für geringe Aufschmelzgradeverwendet werden sollten, damitkeine spröden martensitischenGefügeanteile in der Naht ent-stehen. Für höhere Aufschmelz-grade sind die beiden anderenLegierungsgruppen geeignet.

8 Schweißen aufder Baustelle

Neben der Fertigung von Bauteilen,Behältern und Anlagen in derWerkstatt ist es erforderlich,Schweißarbeiten auf der Baustelleunter erschwerten Bedingungenauszuführen. In großem Umfangsind Baustellenschweißungen imRohrleitungsbau - überwiegend anunlegierten Stählen - üblich underforderlich. Nichtrostende Stählewerden beim Bau von Chemieanla-gen und Raffinerien auf der Bau-stelle geschweißt, ebenso imStahlbau, z. B. bei der Errichtungvon Großbehältern. Vorwiegendwird auf der Baustelle mit der Elek-trodenhandschweißung gefügt,aber auch Schutzgasverfahren,wie WIG und MAG (s. Abschnitt3.1.2) eingesetzt.

Die Baustellenbedingungen, insbe-sondere die Wetterverhältnisse,können das Schweißen schwieri-ger gestalten als die eigentlichenFügearbeiten an nichtrostendenStählen. Dies gilt für alle Verfahren,besonders aber für das Schutz-gasschweißen. Baustellenschwei-ßungen verlangen auch häufigerals in der Werkstatt das Schweißenin Zwangspositionen (waagerechtan senkrechter Wand, Fallnähte,Steignähte, Überkopfnähte).

Es ist dafür zu sorgen, daß derSchweißer einen sicheren undfesten Standplatz hat und dieSchweißstelle weitgehend vorZugluft und Nässe geschützt wird.Bei der Elektrodenhandschwei-ßung müssen die umhüllten Elek-

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 12072)

Stabelektrode(DIN EN 1600)

Fülldrahtelektrode(DIN EN 12073)

Für geringen Aufschmelzgrad

Für höheren Aufschmelzgrad

Bild 14: WIG-Schweißen auf der Baustelle

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troden trocken verschweißt wer-den, um Porenbildung durchFeuchtigkeit zu vermeiden. Zugluftbeeinträchtigt vor allem dasSchutzgasschweißen.

Die vorbereiteten Nahtstellen sindvor Schweißbeginn auf Sauberkeitund metallisch blanke Oberflächezu prüfen und gegebenenfalls mitSchleifmitteln, Bürsten und der-gleichen nachzureinigen. Auch einerneutes Entfetten kann notwendigsein. Nach dem Schweißen sindAnlauffarben auf und neben derNaht zu entfernen; hierfür kommendie gleichen Hilfsmittel in Frage.Alle diese Arbeiten muß derSchweißer vor Ort ausführen unddafür die geeigneten Arbeitsmittelgriffbereit haben. An seine Zuver-lässigkeit werden erhöhte Anforde-rungen gestellt. Wenn diese Vor-sichtsmaßnahmen beachtet wer-den, lassen sich nichtrostendeStähle auf der Baustelle einwand-frei schweißen.

9 Schweißaufsicht,Eignungs-nachweise

Über zugelassene Werkstoffe undVerfahren trifft die jeweils gültigebauaufsichtliche Zulassung „Bau-teile und Verbindungselemente ausnichtrostenden Stählen“ des DIBtDeutschen Instituts für Bautechnik,Berlin, detaillierte Aussagen. DerSonderdruck ist bei der Informa-tionsstelle Edelstahl Rostfrei unterder Bestell-Nr. SD 862 kostenfreizu beziehen.

9.1 Gütesicherung derSchweißarbeiten,Anforderungen an dieBetriebe

Schweißarbeiten an tragendenBauteilen und Konstruktionen ausnichtrostenden Stählen dürfen nurvon Betrieben vorgenommen werden, die einen entsprechendenNachweis erbracht haben. AlsNachweis gilt im allgemeinen derGroße Eignungsnachweis nachDIN 18 800 Teil 7.

Sofern Schweißarbeiten nur aneinfachen, serienmäßigen Bautei-len, Verankerungs- oder Verbin-dungsmitteln vorgenommen wer-den, genügt der Kleine Eignungs-nachweis mit Erweiterung aufnichtrostende Stähle.

Die Bescheinigung über die Eig-nung der Betriebe wird von denanerkannten Stellen erteilt. Siekann ggf. auf das Schweißen vonnichtrostenden Stählen begrenztwerden.

9.2 Voraussetzungen fürden Eignungsnachweiszum Schweißen nicht-rostender Stähle

Abgesehen von den notwendigenEinrichtungen für Schweißarbeitenund den Gutachten für die o.g.Schweißverfahren muß der Betriebals Schweißaufsichtsperson- für den Großen Eignungsnach-

weis über einen Schweißfach-ingenieur

- für den Kleinen Eignungsnach-weis über einen Schweißfach-mann verfügen.

Für die Ausführung der Schweißar-beiten dürfen nur geprüfteSchweißer eingesetzt werden.

Für das Anschweißen von nichtro-stenden Stählen an Betonstählegilt DIN 4099 in Verbindung mitden Bestimmungen des Zulas-sungsbescheids des DIBt.

9.3 Schweißerprüfung fürnichtrostende Stähle

Die generellen Anforderungen fürdie Prüfung von Stahlschweißernsind in DIN EN 287 Teil 1 (früherDIN 8650 Teil 1) festgelegt.

Nichtrostende Stähle sind in denWerkstoffgruppen- W 04 (nichtrostende ferritische

oder martensitische Stähle mit12 - 20% Cr) und

- W 11 (rostfreie ferritisch-aus-tenitische oder austenitischeCr-Ni-Stähle) erfaßt.

10 SchrifttumJ. Lefebre:Guidance on Specifications ofFerrite in Stainless Steel WeldMetal, in: Welding in the World 31(1993) S. 390-406

H. Ornig/M. Richter: „WRC-1992-Diagramm löstDeLong-Diagramm ab“,in: Schweißen und Schneiden(1997) S. 467-469

F.W. Strassburg/H. Wehner:Schweißen nichtrostenderStähle, Verlag für Schweißen undverwandte Verfahren DVS-VerlagGmbH, Düsseldorf 2000

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

Edelstahl Rostfrei -Eigenschaften,Hg. Informationsstelle EdelstahlRostfrei, Düsseldorf 1997 (MB 821)

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

Die Verarbeitung von EdelstahlRostfrei,Hg. Informationsstelle EdelstahlRostfrei, Düsseldorf 2000(MB 822)

Allgemeine bauaufsichtlicheZulassung Z-30.3-6vom 3. August 1999 „Bauteile und Verbindungs-elemente aus nichtrostendenStählen“ des DIBt, Hg. Informationsstelle EdelstahlRostfrei, Düsseldorf 2000(SD 862)

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Die nachstehend aufgeführtenMerkblätter DVS können bezogen werden bei

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

Merkblatt DVS 0504Transport, Lagerung und Rücktrocknung umhüllter Stabelektroden

Merkblatt DVS 0901Bolzenschweißen für Metalle -Übersicht

Merkblatt DVS 1609Widerstandspunktschweißen von hochlegierten Stählen imSchienenfahrzeugbau

Merkblatt DVS 0917Unterpulverschweißen austeniti-scher Stähle

Merkblatt DVS 0920Wolfram-Inertgasschweißen. Allgemeine Übersicht

Merkblatt DVS 2905Buckelschweißen von unlegiertemStahl bis 3 mm Blechdicke

Merkblatt DVS 2916Prüfen von Punktschweißen

11 Normen undRegelwerke

Die nachstehend aufgeführtenNormen können bezogen werdenbei

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

DIN 1910-2, Ausgabe: 1977-08Schweißen; Schweißen von Metallen, Verfahren

DIN 1910-4, Ausgabe: 1991-04Schweißen; Schutzgasschweißen,Verfahren

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

DIN EN 1600, Ausgabe: 1997-10Schweißzusätze - Umhüllte Stabelektroden zum Lichtbogen-handschweißen von nicht-rostenden und hitzebeständigenStählen - Einteilung

DIN EN 12072,Ausgabe: 2000-01Schweißzusätze - Drahtelektroden,Drähte und Stäbe zum Licht-bogenschweißen von nicht-rostenden und hitzebeständigenStählen - Einteilung

DIN EN 12073,Ausgabe: 2000-01Schweißzusätze - Fülldrahtelektro-den zum Metall-Lichtbogen-schweißen mit oder ohne Gas-schutz von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen - Einteilung

DIN EN 760, Ausgabe: 1996-05Schweißzusätze - Pulver zumUnterpulverschweißen - Einteilung

DIN EN 10088-1,Ausgabe: 1995-08 Nichtrostende Stähle - Teil 1: Verzeichnis der nichtrosten-den Stähle

Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 220540013 Düsseldorf

www.edelstahl - rostfrei.de