Schweisszusätze für den Stahlbau - Böhler Welding

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Schweißtechnische Richtlinien Allgemeines über hochfeste Feinkornbaustähle Bei unlegierten Baustählen wird die Festigkeit primär durch eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes erzielt, wodurch schon frühzeitig die Grenze guter Schweißeignung erreicht wird. Die Forderung leichter zu bauen, bei gleichzeitig gewährleisteter Schweißeignung, führte zur Entwicklung der hochfesten schweißbaren Feinkornbaustähle. Höhere Festigkeiten werden über spezielle Legierungstechniken und Wärmebehandlungen erreicht. Entsprechend ihrer Herstellung lassen sich Feinkornbaustähle in 3 Hauptgruppen einteilen: ■ Normalgeglühte Feinkornbaustähle ■ Flüssigkeitsvergütete Feinkornbaustähle ■ Thermomechanisch behandelte Feinkornbaustähle Während die Eigenschaften der beiden erstgenannten Stahlgruppen durch eine nach dem Walzen durchgeführte Wärmebehandlung erreicht werden, wird bei den thermomechanisch behandelten Stählen eine gezielte Wärmebehandlung in den Walzvorgang miteinbezogen. Dadurch können hochfeste Stähle vor allem mit sehr niedrigen Kohlenstoffgehalten und auch geringen Anteilen anderer Legierungselemente hergestellt werden. Dies gewährleistet trotz niedrigerem Legierungsgehalt hohe Festigkeitseigenschaften und hervorragende Zähigkeitswerte bei tiefen Temperaturen, kombiniert mit einer guten Schweißeignung. Schweißtechnologie für hochfeste Feinkornbaustähle Allgemein ist zu beachten, dass mit steigenden Mindestwerten der Streckgrenze der Stähle und mit zunehmender Wanddicke der Erzeugnisse eine erhöhte Sorgfalt bei der Verarbeitung angewendet werden muss. Eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Verwendung der höherfesten Feinkornbaustähle ist eine schweiß- und beanspruchungsgerechte Konstruktion. Eine angemessene Temperaturführung ist anzuwenden. Diese ist erfahrungsgemäß am ehesten beim Lichtbogenhand-, Schutzgas- oder Unterpulverschweißen zu erreichen. Für die Eigenschaften einer hochfesten Schweißverbindung sind vor allem Kriterien zur Einhaltung der mechanischen Eigenschaften bzw. zur Vermeidung von Kaltrissen vorzusehen. Im Interesse der Kaltrisssicherheit sind nur solche Schweißzusätze zu verwenden, die im Vergleich zum Grundwerkstoff keine unnötig hohe Festigkeit und einen hinreichend niedrigen Wasserstoffgehalt im Schweißgut ergeben. 26 Risssicherheit beim Schweißen Das Kaltrissverhalten von Schweißverbindungen wird bestimmt von der chemischen Zusammensetzung des Grundwerkstoffes und des Schweißgutes, von der Erzeugnisdicke, vom Wasserstoffgehalt des Schweißgutes, vom Wärmeeinbringen beim Schweißen und vom Eigenspannungszustand der Schweißkonstruktion. Eine sehr wirkungsvolle Maßnahme zur Vermeidung von Kaltrissen ist das Vorwärmen. Bei Verbindungs- und Heftschweißungen unter üblichen Bedingungen werden Vorwärmtemperaturen zwischen 50 – 250 °C angewendet. Zur Bestimmung der Vorwärmtemperatur von Feinkornbaustählen kann das Kohlenstoffäquivalent herangezogen werden. Kohlenstoffäquivalent – CET (SEW 088) Anhaltswerte der Grenzdicke für das Vorwärmen vor dem Schweißen unter üblichen Bedingungen in Abhängigkeit vom Kohlenstoffäquivalent des Grundwerkstoffes. Kohlenstoffäquivalent Grenzdicke CET % mm 0,18 60 0,22 50 0,26 40 0,31 30 0,34 20 0,38 12 0,40 8 www.boehler-welding.com Werden die in obiger Tabelle genannten Grenzdicken bei einem bestimmten CET-Werte überschritten, ist vorzuwärmen. Der vorgewärmte Bereich sollte beiderseits der Naht ca. 100 mm breit sein. Bei einer Bauteiltemperatur unter +5 °C sollte immer vorgewärmt werden. Die Höhe der Vorwärmtemperatur ist neben dem CET-Wert abhängig u.a. von der Blechdicke, dem Wasserstoffgehalt und der Wärmeeinbringung und sollte vom Stahlhersteller festgelegt werden.
Verarbeitungshinweise für hochfeste Feinkornbaustähle Abkühlzeit t8/5 Von entscheidender Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften einer Schweißverbindung ist der Temperatur-Zeit- Verlauf beim Schweißen. Dieser wird besonders beeinflusst von der Bauteildicke, der Nahtform, der Wärmeeinbringung und Vorwärmtemperatur sowie vom Lagenaufbau. Zur Kennzeichnung des Temperatur-Zeit-Verlaufs beim Schweißen wählt man im allgemeinen die Abkühlzeit t8/5. Das ist die Zeit, in der bei der Abkühlung einer Schweißraupe der Temperaturbereich von 800 bis 500 °C durchlaufen wird. Diese Abkühlzeit ist für das entstehende Gefüge und dessen Eigenschaften (Härte, Festigkeit und Zähigkeit) in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißverbindung von entscheidender Bedeutung. Die Härte in der WEZ nimmt mit steigender Abkühlzeit t8/5 ab – siehe Bild 1. Bild 1 Härte HV 10 Zunehmende Werte der Abkühlzeit t8/5 bewirken eine Verringerung der Kerbschlagarbeit in der WEZ – siehe Bild 2. Bild 2 Kerbschlagarbeit Av Unterer Grenzwert der anwendbaren Abkühlzeit t8/5 Oberer Grenzwert der anwendbaren Abkühlzeit t8/5 Zulässiger Mindestwert der Kerbschlagarbeit Zulässiger Höchstwert der Härte Abkühlzeit t8/5 Abkühlzeit t8/5 Zur Einhaltung der geforderten mechanisch-technologischen Werte einer hochfesten Schweißverbindung, müssen daher Schweißbedingungen gewählt werden die kritische Abkühlzeiten weder unter- noch überschreiten. Basisdaten der Ober- und Untergrenze der Abkühlzeit t8/5 sind vom Stahlhersteller beizustellen. BÖHLER WELDING Schweißzusätze für den Stahlbau Wärmeeinbringung Ein wesentliches Kriterium bei der Schweißung hochfester Feinkornbaustähle stellt die Wärmeeinbringung dar, die im speziellen die Abkühlzeit t8/5 wesentlich beeinflusst. Um die geforderten Ober- und Untergrenzen der Abkühlzeit t8/5 einzuhalten, ist die Wärmeeinbringung entsprechend diesen Vorgaben anzupassen. Die Wärmeeinbringung ist die beim Schweißen je Längeneinheit einer Raupe eingebrachte thermische Energie und berechnet sich aus der Formel: W = K2 . E (KJ/cm) K2 = thermische Wirkungsgrad Unterpulverdrahtschweißen = 1,0 Lichtbogenhandschweißen = 0,8 MIG/MAG-Schweißen E = Streckenenergie = 0,8 Die Streckenenergie ist definiert als die beim Schweißen je Längeneinheit einer Raupe aufgewendete elektrische Energie. E = die Streckenenergie I = die Stromstärke A U = die Lichtbogenspannung in V t = die Abschmelzzeit in s l = die Raupenlänge in cm Mischverbindungen I E = (KJ/cm) . U . t I . 100 www.boehler-welding.com Hochfest – Unlegiert (z. B. S690 mit S275) Schweißzusatz wird üblicherweise auf den weicheren Grundwerkstoff abgestimmt. Im Falle stark unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften der Werkstoffpartner ist ein Schweißzusatz, dessen Festigkeit zwischen den Werten der beiden Werkstoffe liegt, in Betracht zu ziehen. Hochfest – Hochfest (z. B. S460 mit S690) Schweißzusatz wird üblicherweise auf den weicheren Grundwerkstoffpartner abgestimmt. Im Falle stark unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften der Werkstoffpartner ist ein Schweißzusatz, dessen Festigkeit zwischen den Grundwerkstoffen liegt, in Betracht zu ziehen. Bei speziellen Anforderungen z.B. hinsichtlich Tieftemperaturzähigkeit, sind diese auch bei der Schweißzusatzwahl zu berücksichtigen. 27
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