Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Stähle
Umwandlungsfähige (Umwandlung des Stahls von -
γ- zu α-Ferrit) Stähle neigen bei erhöhten Abkühlgeschwindigkeiten,
wie sie beim Schweißen auftreten, zur Aufhärtung in der WEZ (Wärmeeinflusszone). Die
erreichbare Härte und damit die Gefahr von Kaltrissen hängt im Wesentlichen von diesen Faktoren ab:
- Erzeugnisdicke
- zwei- oder dreidimensionale (z.B. T- Stoß) Wärmeableitung
- Legierungselemente und deren Gehalte
- Wärmeeinbringung des Schweißverfahrens
- Bauteiltemperatur
Die im folgenden beschriebenen Vorgehensweisen zeigen in unterschiedlicher Weise,
wie die zur Vermeidung von Kaltrissen notwendige Vorwärmtemperatur bestimmt werden
kann.
Grobe Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Stähle
Das folgende Schema gibt grobe Anhaltswerte für die Bestimmung der Vorwärmtemperatur
insbesondere für allgemeine Bau- und Maschinenbaustählen
Stufe I: 20 bis 150 °C
Bei gut schweißgeeigneten Stählen beim Schweißen um oder unter 0 °C,
Vorwärmtemperatur
gut handwarm
Achtung: bei örtlichem Anwärmen Wärmespannungen!
Bei gut
schweißgeeigneten Stählen bei größeren Wanddicken z.B.: S355...: t > 20 bis
25 mm.
Unlegierte Stähle mit einem C-Gehalt von ca. 0,2 bis 0,25 %
Stähle
mit C deutlich unter 0,2 % und sehr niederem Gehalt an Legierungselementen
z.B.: 15Mo3
Stufe II: 100 bis 300 °C
Hauptanwendungsbereich des Vorwärmen niedriglegierter Stähle mit C 0,2 %
(0,25),
z.B. 13CrMo4-5
Unlegierte Stähle mit C = 0,2 bis 0,5 %; z.B.:
C35
Stufe III: über 300 °C
Normal nicht oder wenig schweißgeeignete Werkstoffe. Für die Bestimmung der
Vorwärmtemperatur ist es hilfreich, den Rat von Fachkollegen heranzuziehen.
Unlegierte Stähle C > 0,5 %; z.B.: C100W1
Legierte Stähle C > 0,2 - 0,25
%; z.B.: 51CrV12
Regeln:
Grundzähigkeit des Werkstoffes, Wanddicke, Nahtform, Schweißverfahren, Schweißgeschwindigkeit
usw. sind bei der Bestimmung der Vorwärmtemperatur mit zu berücksichtigen. Vorversuche
sind, wenn möglich, zu empfehlen.
Früher galt die Regel, bei Reparaturen besser
höher vorwärmen. Heute kann diese Aussage nicht mehr pauschal gemacht werden, da
besonders bei Feinkornbaustählen durch zu hohes Vorwärmen die Zähigkeit der Schweißverbindung
vermindert wird. Ebenso können Stähle, die zu Ausscheidungen auf den Korngrenzen
neigen, durch zu hohes Vorwärmen verspröden.
Bei Serienfertigung ist durch Versuche
oder genauere Verfahren (siehe unten) die niedrigste Vorwärmtemperatur zu ermitteln
(Kosten).
Bestimmung der Vorwärmtemperatur für warmfeste Stähle nach SEW 086
Das SEW 086 gibt Anhaltswerte für das Vorwärmen von un- und niedriglegierten,
warmfesten Stählen, wie sie z.B. im Dampfkesselbau Verwendung finden.
|
Lfd.-Nr.
|
Stahlsorte
|
Wanddicke
mm
|
Vorwärmtemperatur und Zwischenlagen- temperatur ° C
mindestens
|
|
1
|
St 35.8,St 45.8
St 37.8, St 42.8
H I, H II
C 22.8
17 Mn 4 |
<= 30
> 30
|
51)
100
|
|
2
|
19 Mn 6 |
<= 30
> 30
|
51)
80
|
|
3
|
19 Mn 5
20 Mn 5 |
<= 15
15 < t <= 30
> 30
|
51)
51)2)
125
|
|
4
|
15 Mo 3 |
<=15
15 <t <= 30
> 30
|
51)
51)2)
100
|
|
5
|
13 CrMo 4 4 |
8 < t <= 30
> 30
|
1503)
200
|
|
6
|
10 CrMo 9 10 |
8 < t <= 30
> 30
|
2003)
250
|
|
7
|
14 MoV 6 3 |
<= 15
> 15
|
150
200
|
|
8
|
X 20 CrMo V 12 1 |
<= 8
> 8
|
2004)
a)2504)5)
b)4004)6)7)
|
| 1) |
Feuchtigkeit und Witterungsumstände sind
vom Schweißbereich fernzuhalten. |
| 2) |
mindestens 75° C beim Schweißen mit rutilumhüllten
Stabelektroden. |
| 3) |
Bei Wanddicken <= 8 mm werden die Stahlsorten
13 CrMo 4 4 und 10 CrMo 9 10 vorwiegend nach dem WIG-Verfahren geschweißt.
Hierbei ist eine Vorwärmtemperatur von mindestens 5° C einzuhalten. Beim
Wurzelschweißen mit rutilumhüllten Stabelektroden soll die Vorwärmtemperatur
mindestens 150° C sein. |
| 4) |
Es wird empfohlen, eine Haltetemperatur
von 200° C nicht zu unterschreiten. Nach dem Schweißen muß vor der Wärmebehandlung
auf eine Temperatur unter 130° C, jedoch nicht unter 80° C abgekühlt werden.
Einfache Stumpfschweißverbindungen mit Wanddicken bis rd. 10 mm können nach
dem Schweißen bis auf Raumtemperatur abkühlen, bevor sie auf Glühtemperatur
gebracht werden. |
| 5) |
Schweißen im Martensitbereich. Hierbei sollen
in der Regel Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur 300° C nicht überschreiten. |
| 6) |
Schweißen im Austenitbereich. Hierbei sollen
in der Regel Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur 450° C nicht überschreiten. |
| 7) |
Zum Schweißen der Wurzellage nach dem WIG-Verfahren
ist auf mindestens 250° C vorzuwärmen. |
Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Feinkornbaustähle nach SEW 088
Die folgende Darstellung gibt einen Überblick über die Inhalte des SEW 088. Das
Blatt enthält natürlich über die im Folgenden beschrieben Inhalte noch weitere Informationen.
Katrißuntersuchungen haben gezeigt, dass das in DIN EN 10 025 enthaltenen Kohlenstoffäquivalent
CEV nicht allgemein zutrifft. Nach SEW 088 besitzt das folgende Kohlenstoffäuqivalent
insbesondere für Feinkornbaustähle eine höhere Aussagekraft.
| Kohlenstoffäquivalent: |
 |
in [%] (1) |
Zur interaktiven Bestimmung des
Kohlenstoffäuqivalent.
Die beim Schweißen eingebrachte Wärme kann mittels Gleichung (2) bestimmt werden.
| Wärmeeinbringung: |
 |
in |
 |
(2) |
| mit: |
U = Schweißspannung
I = Schweißstrom
v = Schweißgeschwindigkeit
k = thermischer Wirkungsgrad |
[V]
[A]
[cm/min] |
Die für den entsprechenden Werkstoff (CET) notwendige Mindestvorwärmtemperatur
Tv bzw. Mindestzwischenlagentemperatur TZ kann durch folgende Gleichung (3) bestimmt
werden.
 |
(3) |
| mit: |
d = Erzeugnisdicke
HD = Wasserstoffgehalt
|
[mm]
[cm^3/100g] |
Als Grenzwanddicke für das Vorwärmen unter üblichen Schweißbedingungen gilt in
Abhängigkeit des Kohlenstoffäquivalents:
|
CET in %
|
Grenzdicke in mm
|
|
0,18
0,22
0,26
0,31
0,34
0,38
0,40
|
60
50
40
30
20
12
8
|
Zusätzliche Informationen zu diesem Thema finden Sie in folgenden Richtlinien:
| SEP 1201 - |
Ermittlung des Einflusses der Schweißbedingungen auf die
Zähigkeit in der WEZ von Einlagenschweißungen |
| SEP 1202 - |
Ermittlung des Einflusses der Schweißbedingungen
auf die Zähigkeit in der WEZ von Mehrlagenschweißungen |
| SEP 1203 - |
Ermittlung des Einflusses der Schweißbedingungen auf die
Höchsthärte in der WEZ von Schweißverbindungen |