Verbrauchsmaterial-Ecke: Vorwärm- und Zwischendurchgangstemperatur definiert, Teil II

F: Ich habe in letzter Zeit viele Fragen und Diskussionen zum Thema Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen gesehen. Offenbar herrscht Unklarheit darüber, wie und wann diese beiden Werte gemessen werden sollen. Können Sie diese Schweißbegriffe näher erläutern?

A: In Teil I haben wir die Vorwärm- und Zwischendurchgangstemperatur definiert, geeignete Messorte besprochen und kurz die Auswirkungen der Vorwärm- und Zwischendurchgangstemperaturen besprochen. Wir werden in diesem Teil die Gründe für die Vorwärm- und Zwischenlagensteuerung diskutieren und ihre Auswirkungen ausführlicher besprechen.

Ein weit verbreitetes Missverständnis in der Schweißindustrie besteht darin, dass der Hauptzweck des Vorwärmens darin besteht, jegliches Wasser von der Oberfläche des zu schweißenden Stahls zu entfernen. Das ist falsch. Der Hauptzweck des Vorwärmens besteht darin, die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißzone nach dem Durchgang des Lichtbogens zu verlangsamen. Das Entfernen von Wasser von der Stahloberfläche ist ein sekundärer Vorteil.

Eine Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit der Schweißzone ist erforderlich, wenn der zu schweißende Stahl eine Zusammensetzung hat, die die Bildung von Martensit – einer harten, spröden Mikrostruktur – während der schnellen Abkühlung ermöglicht. Die Bildung von Martensit muss vermieden werden, da die Gefahr von Kaltrissen und plötzlichem, sprödem Versagen unter Belastung besteht.

Als Faustregel für reine Kohlenstoffstähle gilt, dass ein Kohlenstoffgehalt von 0,30 % oder mehr eine Vorwärmung und Zwischenlagenkontrolle erfordert. Bei Stählen mit höherem Kohlenstoffgehalt und dickeren Abschnitten müssen die Vorwärm-/Zwischenlagentemperaturen erhöht werden. Für niedriglegierte Stähle kann ein Kohlenstoffäquivalent berechnet werden, um den Bedarf an Vorwärmung zu bestimmen (siehe AWS D1.1 Anhang B).

Während eine ordnungsgemäße Vorwärm- und Zwischenlagensteuerung Vorteile bietet, können zu hohe Vorheiz- und Zwischenlagentemperaturen Probleme verursachen. Hohe Vorwärm-/Zwischenlagentemperaturen – insbesondere wenn Schweißnähte mit hohem Wärmeeintrag hergestellt werden – können zu übermäßigem Kornwachstum in der Wärmeeinflusszone (HAZ) führen, was die Schlagzähigkeit erheblich verringern kann. Die Steuerung der maximalen Zwischenlagentemperatur verhindert eine übermäßige Verschlechterung der Zähigkeit in der HAZ.

Vergütete Stähle erhalten ihre mechanischen Eigenschaften durch einen Prozess der absichtlichen schnellen Abkühlung (Abschrecken), um Martensit zu erzeugen, gefolgt von Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur (Anlassen), um den Martensit in eine Mikrostruktur umzuwandeln, die weniger spröde, aber dennoch fest ist. Das Schweißen von vergüteten und vergüteten Stählen mit übermäßig hohen Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen kann zu einer unerwünschten Erweichung der WEZ führen. Stahlhersteller geben für einige vergütete Stähle Empfehlungen zum Vorwärmen/Zwischendurchgang und zur Wärmezufuhr. Diese Empfehlungen sollten befolgt werden.