Beschreibung
P 1338 – Elektronenstrahlschweißen von DuplexStahl mit Nickelbasiszusatzwerkstoff ohne Verwendung der Wärmenachbehandlung
Ferritisch-austenitische Duplex-Stähle kommen in einer Reihe von Branchen, wie z.B. dem gesamten Bereich der Halbzeugherstellung sowie im Maschinen-, Apparate- und Anlagenbau zum Einsatz. Bauteile aus Duplex-Stählen mit hoher Wanddicke (t > 12 mm), wie z.B. geschweißte Rohre, werden aus wirtschaftlichen und qualitativen Gründen bevorzugt mit Elektronenstrahl (EB) geschweißt. Die verfahrensspezifischen Prozessmerkmale des EB-Schweißens führen jedoch zur Ausbildung eines ungünstig wirkenden Gefüges des Schweißgutes mit unzulässig hohem Ferrit-Gehalt von ca. 90 %. Dadurch kommt es in der Fügezone zu einer deutlichen Abnahme der Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen sowie der Korrosionsbeständigkeit. Zur Einstellung zulässiger Austenit/Ferrit-Gehalte müssen die Bauteile daher aktuell im Anschluss an den Schweißprozess Lösungsgeglüht werden. Dieses Vorhaben diente der Entwicklung eines EB-Schweißprozesses, bei dem im Schweißgut zulässige Austenit/Ferrit-Gehalte eingestellt werden und somit die kostenintensive Wärmebehandlung entfallen kann.
Dieses Ziel wurde über die Verwendung von Nickelbasiszusatzwerkstoffen erreicht, da mithilfe dieser die chemische Zusammensetzung und damit das Gefüge der Schweißnaht gezielt beeinflusst werden können. Zur Gewährleistung einer adäquaten Aufmischung zwischen Grund- und Zusatzwerkstoff kamen Mehrbadtechnik und Strahloszillation zum Einsatz, mithilfe deren sich die Schmelzbaddynamik in großem Maße verbessern lässt. Im Ergebnis konnte auch in der Nahtwurzel eine signifikante Anreicherung mit Nickel erreicht werden, sodass die Austenitverteilungen entlang der Nahttiefe auch bei größeren Materialstärken lediglich kleine Inhomogenitäten aufweisen. Durch Anpassung der Schweißparameter war sowohl eine Übertragung zwischen unterschiedlichen Materialstärken als auch zwischen verschiedenen Werkstoffchargen möglich.
Insgesamt wurden Verbindungsschweißungen hergestellt, die den normativen Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und mechanisch-technologischer Eigenschaften entsprechen, bei deutlich geringerem Fertigungsaufwand als aktuell notwendig.
Veröffentlichung:
September 2022
Autoren:
T. Tóth, M.Sc., A.-Ch. Hesse, M.Sc., Univ.-Prof. Dr.-Ing. K. Dilger
