Schutzgasschweißen von Edelstählen kann fast jeder – Erfahrung … · 2019. 2. 5. · X5CrNi18-10(1.4301) X2CrNi 18-9 (1.4307) X2CrNiMo 17-12-2 (1.4404) austenitischer CrNi-Stahl

Seite 1

Gase I Energieversorgung I Tankstellen

www.westfalen.com

Schutzgasschweißen von Edelstählen kann fast jeder – Erfahrung ist die Summe aller Misserfolge Steinmüller Bildungszentrum GmbH, 51643 Gummersbach Matthias Thume

Seite 2


www.westfalen.com

• Vorstellung der Westfalen AG (Informationen zu den Geschäftsfeldern)

• Hochlegierte Werkstoffe (Norm, Bezeichnungen, Werkstoff)

• Schutzgasschweißen von hochlegierten Stählen (Gase, Anwendungen)

• Formieren (Formiergase, Eigenschaften, Formiersysteme, Anwendungen)

• Schadensfälle

Seite 3


www.westfalen.com

Informationen zu den Geschäftsfeldern Die Westfalen Gruppe ist in drei Geschäftsfeldern tätig:

Westfalen Gruppe

Bereich Gase

Bereich Energieversorgung

Bereich Tankstellen

Seite 4


www.westfalen.com

Bereich Energieversorgung Unser Produktspektrum – Energie, mit der Sie rechnen können!

Westfalengas: Propan in der Flasche und im Behälter

Technik & Service Solacept ® Autogas/LPG

Seite 5


www.westfalen.com

Bereich Tankstellen

Erfolgreiche Experten für Mobilität.

Seite 6


www.westfalen.com

Bereich Gase Westfalen liefert zahlreiche Produkte für vielfältige Anwendungen.

Lebensmittelgase Sondergase Industriegase

Kältemittel & Wärmeträger Schweiß-, Schneid- und Lasergase

Seite 7


www.westfalen.com

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.concona.de/image/philippi-design/Valley-Edelstahl-Schale-1.jpg&imgrefurl=http://www.concona.de/shop/accessoires/Philippi-Valley-Schale.htm&h=250&w=250&sz=10&hl=de&start=7&um=1&tbnid=FVsS8UK-MTh1LM:&tbnh=111&tbnw=111&prev=/images?q%3DeDELSTAHL%26um%3D1%26hl%3Dde%26lr%3Dlang_de%26sa%3DNhttp://www.concona.de/shop/eva-solo/14873/muelleimer-edelstahl_g04.jpghttp://www.marions-kochbuch.de/geraete/kochtoepfe/kochtopf-edelstahl.jpghttp://images.google.de/url?q=http://www.cvt-industriebedarf.de/catalog/images/Edelstahl-Stecksystem.jpg&usg=AFQjCNFks_mu2PYAdIdN_WkZTBrUIo0l0Qhttp://www.metallart.at/bilder/tueren/norm_gartentore_edelstahl.jpghttp://www.dammermann.com/images/Windspiel_Edelstahl1.jpghttp://www.derdiedas24.de/images/blomus_primo_edelstahl_seifenspender.jpghttp://www.eheringe-shop.de/images/big/edelstahl-trauring2.jpghttp://www.rdm-music.com/images/Edelstahl Logo2.jpg

Seite 8


www.westfalen.com

Hochlegierte Stähle Als hochlegiert bezeichnet man Stähle, bei denen mindestens ein Legierungselement einen mittleren Gehalt von 5 Massenprozent überschreitet.

Edelstahl (nach DIN EN 10020) ist eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle mit besonderem Reinheitsgrad, zum Beispiel Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sogenannte Eisenbegleiter) 0,025 % nicht überschreitet.

Seite 9


www.westfalen.com

Bezeichnung der Stähle nach Kennbuchstaben

Zählernummer X5CrNi18-10

Stahlgruppennummer 43 = Nichtrostende Stähle ....

Werkstoffhauptgruppennummer 1 = Stahl

Seite 10


www.westfalen.com

Gebräuchliche hochlegierte nichtrostende Stähle

(Bezeichnung nach DIN EN 10088 Teil 1-3)

X6Cr Mo17-1 (1.4113)

X39 CrMo 17-1(1.4122)

X5CrNi18-10(1.4301)

X2CrNi 18-9 (1.4307)

X1NiCrMoCu25-20-5(1.4539)

X2CrNiMoN22-5-3 (1.4462)

ferritischer Chromstahl

martensitischer Chromstahl

austenitischer CrNi-Stahl


austenitischer NiCrMo-Stahl

austenit.-ferrit. Stahl (Duplex)

Seite 11


www.westfalen.com

Chrom ab Konzentrationen über 12 % ist ein Stahl durch Bildung einer dichten Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche korrosionsbeständig Nickel stabilisiert das Austenitgebiet bis unter Raumtemperatur wichtiges Legierungselement für korrosionsbeständige austenitische Stähle mindert die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosionen verbessert die Kaltzähigkeit Molybdän verbessert die Korrosionsbeständigkeit gegenüber reduzierenden Medien verbessert die Warmfestigkeit Titan bindet Kohlenstoff in Form von Karbiden und senkt somit die Neigung zur interkristallinen Korrosion kornfeinende Wirkung.

Seite 12


www.westfalen.com

Schutzgas-Schweißen

Wolfram- Schutzgasschweißen

Nichtabschmelzende

Wolframelektrode

Metall- Schutzgasschweißen

Abschmelzende

Drahtelektrode

WIG Wolfram-

Inertgasschweißen

offener

Lichtbogen

WPS Wolfram-

Plasmaschweißen

eingeschnürter

Lichtbogen

MIG Metall-

Inertgasschweißen

Inertgas-

atmosphäre

MAG Metall-

Aktivgasschweißen

CO2 und/oder O2

im Schutzgas

Einteilung der Schutzgasschweißverfahren

Seite 13


www.westfalen.com

Schutzgas Dissoziations-energie

Ionisation-energie(atomar)

chemischesVerhalten

[kJ/mol] [kJ/mol]

Argon - 1525 inertHelium - 2374 inertWasserstoff 436 1312 reduzierendStickstoff 946 1399 reaktionsträgeSauerstoff 498 1168 oxidierendKohlendioxid 394 1332 oxidierend

Physikalische Eigenschaften der inerten Gase

Seite 14


www.westfalen.com

Thermische Leitfähigkeit von Gasen

Seite 15


www.westfalen.com

Prinzip des WIG - Schweißen

Wolframelektrode

Zusatzwerkstoff

Schutzgas

Stromquelle

Gasdüse

Spannhülse

SG-Abdeckung

SG-Abdeckung SG-Abdeckung Lichtbogen

Seite 16


www.westfalen.com

Schutzgase zum WIG-Schweißen hochlegierter Stähle

Produkt Gemisch-komponenten

Gruppe nach

DIN EN Anwendung

Argon 4.6 100 % Argon I1 alle schmelzschweißbaren Werkstoffe

Tagonox 5 5% H2, 2500 ppm CO2, Rest Argon Zfür hochlegierte Werkstoffe mit

geringen Kohlenstoffgehalt

Argon/Helium Gemische

30 % He, Rest Argon 50 % He, Rest Argon 70 % He, Rest Argon

I3 Nickel- Basis Legierungen, Kupfer, Aluminium

Argon/Wasserstoff - Gemische

2-10 % H2, Rest Argon R1 hochlegierte Stähle (austenitische Stähle)

Deltatig 3 2-3% N2, Rest Argon N2 hochlegierte Stähle (Senkung des Delta-Ferrit-Gehalt)

Seite 17


www.westfalen.com

Einbrandintensivierung durch Argon + 5% H2

Schutzgas: Argon 4.6 Schutzgas: Argon W 5 Werkstoff: 1.4571 Werkstückdicke: 5 mm Schweißstrom: 120 A

Seite 18


www.westfalen.com

Einfluss von Stickstoff auf den Deltaferritgehalt

Ohne Stickstoffzusatz im Schutzgas:

Deltaferritgehalt 3 %

Mit Stickstoffzusatz im Schutzgas:

Deltaferritgehalt 0,5 %

Seite 19


www.westfalen.com

Gebräuchliche hochlegierte nichtrostende CrNi-Stähle

(Bezeichnung nach DIN EN 10088 Teil 1-3)

X5CrNi18-10(1.4301)

X2CrNi 18-9 (1.4307)

X2CrNiMo 17-12-2 (1.4404)



austenitischer CrNiMo Stahl

Seite 20


www.westfalen.com

Entwicklung neuer Schutzgase zum WIG Schweißen von hochlegierten Werkstoffen

Seite 21


www.westfalen.com

Werkstoff: 1.4307 Gas: Argon W5 Wandstärke Rohr: 4 mm

Argon + 5%H2 I: 115 U: 13,0V V: 100 mm/min

Seite 22


www.westfalen.com

Quelle: praktiker, Heft 10,1997

(Marangoni – Effekt) Einfluss des Schwefelgehaltes auf die Einbrandform

Seite 23


www.westfalen.com

Werkstoff: 1.4307 Gas: Tagonox 5 Wandstärke Rohr: 4 mm

Tagonox 5 I: 100 U: 13,0V V: 100 mm/min

Seite 24


www.westfalen.com

3,2 mm Elektrode, Gold, Schutzgas Argon + 5% H2 + 0,25 % CO2

3,2 mm Wolfram Elektrode Gold WL15 (2% Lanthanoxid), Schweißzeit ca. 3 min

neu angeschliffen unter Schutzgas Argon + 5% H2

unter Schutzgas Argon+5% H2+2500 ppm CO2 (Tagonox 5)

Seite 25


www.westfalen.com

Prinzip des MSG-Schweißverfahrens

Seite 26


www.westfalen.com

Schutzgase zum MAG-Schweißen hochlegierter Stähle

1% O2, Rest Argon3% O2, Rest Argon4% O2, Rest Argon

M13M13M22

hochlegierte Stähle

2,5% CO2, Rest Argon M12 hochlegierte Stähle

30% He, 0,5% CO2,Rest Argon

M12 hochlegierte StähleSuper-Duplex!!

0,8 % CO2, 10% He, 1,2% H2 Rest Argon

M11 hochlegierte Stähle CMT Schweißen

1200ppm CO2, 30% He,2% H2 Rest Argon

Zhochlegierte Stähle

Nickel Basis

Seite 27


www.westfalen.com

Einfluss der Schutzgase auf den Zu- und Abbrand von C D

rah

tele

ktro

de

Schutzgaseinteilung nach DIN EN ISO 14175Gruppe M22 M13 M12 M23 M21 C1

% Argon 92 99 97,5 91 82 -

% CO2 - - 2,5 5 18 100

% O2 8 1 - 4 - -

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07 % C

0,016 0,002

0,006 0,01

0,023

0,049

ELC-Grenze

Seite 28


www.westfalen.com

Oxidationszone beim Schweißen von CrNi-Stählen

Durch Schweißen entstandene Oxidschicht, s 100 nm

Passivschicht, s 2 - 4 nm

Schweißnaht Grundwerkstoff chromreduzierte Zone, s 20 - 200 nm

Seite 29


www.westfalen.com

Schweißgutprobe Nickel Basis 2.4668 (NiCr19Fe19Nb5Mo3 mit einem 2.4607 (NiCr23Mo16Al) Ø 1,2 mm; Schutzgas Sagox® Ni

Seite 30


www.westfalen.com


Seite 31


www.westfalen.com

1 3

2

4 5

6

7 8 9 10

11 12 13 14 15

16 17 18 19 20 21

22 23 24

Schweißgutprobe Nickel Basis Legierung 2.4668 (NiCr19Fe19Nb5Mo3 mit einem 2.4607 (NiCr23Mo16Al) Ø 1,2 mm; Schutzgas Sagox ® Ni

Seite 32


www.westfalen.com


I: 101-123 Amp. U: 24,0 – 28,0 V V: 30-50 cm/min VD: 4,8 – 5,6 m/min

Seite 33


www.westfalen.com

Seite 34


www.westfalen.com

Schutzgasvergleich anhand CMT-Prozess

Schutzgas Sagox® 2K Schutzgas Sagox® HC

Seite 35


www.westfalen.com

Formieren

Manuell/Mechanisiert

Gasverbrauch 5-10 l/min

Einschaltdauer 20-25 %

Gasverbrauch/Anlage/Tag (8h/Tagx60xEinschaltdauerxGasverbrauch/Minute)

0,5-1 m³

Gasverbrauch/Anlage/Monat (wie vor mal 20 Arbeitstage)

10-20 m³

Seite 36


www.westfalen.com

Formierkammern

Seite 37


www.westfalen.com

Formiervorrichtungen

Seite 38


www.westfalen.com

Hydraulische Innenspannvorrichtung

mit schwenkbarer Kamera

• Für das Schweißen dickwandiger Rohre im Pipelinebau

• Spannen, Formieren und

Schweißen in einem Arbeitsgang

• Kein Heften

• Hohe Kraftübertragung und dadurch Ausgleich von Ovalitäten bis 15 mm Wandstärke

• Dadurch sicherer Einsatz des mechanisierten Orbitalschweißens

• Keine Nachbehandlung der Werkstücke (anlauffarbenfreie Wurzel)

• Spannbereich von DN 150 – DN 400

Formierkammer

Seite 39


www.westfalen.com

Empfohlene Wurzelschutzgase für verschiedene Werkstoffe

Wurzelschutzgas Werkstoffe

Argon-Wasserstoff-Gemische

austenitische CrNi-StähleNi und Ni-Basis-Werkstoffe

Stickstoff-Wasserstoff-Gemische

Stähle, mit Ausnahme hochfester Feinkornbaustähle, austenitische CrNi-Stähle

Argon austenitische CrNi-Stähle, austenitisch-ferritische Stähle (Duplex), gaseempfindliche Werkstoffe (Titan, Zirkonium, Molybdän),wasserstoffempfindliche Werkstoffe (hochfeste Feinkornbaustähle, Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie sonstige NE-Metalle), ferritisch Cr-Stähle

Stickstoff austenitische CrNi-Stähle, austenitisch-ferritische Stähle (Duplex)

Seite 40


www.westfalen.com

Anlauffarben in Abhängigkeit vom Sauerstoffanteil

Seite 41


www.westfalen.com

Sauerstoffmessgerät

Seite 42


www.westfalen.com

Argon W5 (OK)!

Deltatig 2 (OK)?

Gas I 300 ppm Sauerstoff

Gas II 350 ppm Sauerstoff

Wurzel am Rohr Werkstoff 1.4571 (X6CrNiMoTi 17-12-2)

Warum gelb?

Seite 43


www.westfalen.com

Werkstoff 1.4571

500:1 200:1

Formieren mit Stickstoffhaltigen Gasen

Seite 44


www.westfalen.com

Beispiele aus der Praxis

Seite 45


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 46


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 47


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

• Eckdaten zum Projekt Mittelplate:

• Die Rohrleitung wurde von Fa. Köster gefertigt

• In der Vorfertigung werden Rohrlängen von 18 m geschweißt

• Auf der Baustelle werden diese Rohrlängen zu einem Strang verbunden, der dann in das Wattenmeer eingezogen wird

• Rohrstränge aus Duplex

• 2 mit einem Durchmesser von 168x11

• 2 mit einem Durchmesser von 273x9

• Insgesamt 700 Schweißnähte

Seite 48


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 49


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 50


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 51


www.westfalen.com

Innenspannvorrichtung mit Kühl- und Formiereinrichtung

Vorbereitung einer Tulpennaht

Führung der Orbitalzange

Projekt Mittelplate

Seite 52


www.westfalen.com

Seite 53


www.westfalen.com

Anlauffarbenfreie Wurzel

Werkstoff: 1.4462

Schutzgas: Argon

Wurzelschutzgas: Argon

Seite 54


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 55


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate

Seite 56


www.westfalen.com

Projekt Mittelplate Rohrleitung aus Duplexstahl

Seite 57


www.westfalen.com

Schäden durch Korrosion • 56 Transport- und Aufbewahrungsbehälter aus einem hochlegierten CrNi-

Werkstoff 1.4301

• Schäden nach Befüllen von Wasser in die Behälter

• Schaden ca. 300.000 Euro

Seite 58


www.westfalen.com

Schäden durch Korrosion

Seite 59


www.westfalen.com

Seite 60


www.westfalen.com

Seite 61


www.westfalen.com

Schaden • Korrodierte Rohrabschnitte im Bereich der Schweißnaht. Innerhalb von 3 Wochen traten

Undichten auf.

• Rohrwerkstoff: Bei dem hier verwendeten Rohrabschnitt handelt es sich um einen X 5CrNi 18-10 Werkstoff Nr. 1.4301. Der vorgenannte Werkstoff zeigte erhebliche Auflösungs-erscheinungen im Bereich der Schweißnaht und seiner unmittelbaren Umgebung.

• Als Zusatz wurde der X6 CrNiNb 18-10, Werkstoffnummer 1.4550 eingesetzt.

Seite 62


www.westfalen.com

Schweißnahtwurzel Einige Wochen später!

Seite 63


www.westfalen.com

Seite 64


www.westfalen.com

Seite 65


www.westfalen.com

Seite 66


www.westfalen.com

Cl

Chlorid 136 mg/l

Seite 67


www.westfalen.com

Schwarz-Weiß-Verbindungen

Betriebstemperatur < 300°C

Plattierungen

Betriebstemperatur > 300°C

600°C 1.4370, 18/10/6

Seite 68


www.westfalen.com

Schaeffler - Diagramm

0 0

5 10 15 20 25 30 40

5

10

15

20

25

30

Chrom-Äquivalent = % Cr + % Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % Nb

Nic

kel-Ä

quiv

alen

t = %

Ni +

30

x %

C +

0,5

x %

Mn A

M

F + M

M + F F

Martensitische Chromstähle

Hochwarmfeste austenitische Stähle

Chemisch beständige austenitische Stähle

ferritische Chromstähle

Duplex - Stähle 50%

70% A+F A+M

A+M+F

1

4

2

3

Seite 69


www.westfalen.com

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

Documents

Schutzgasschweißen von Edelstählen kann fast jeder – Erfahrung … · 2019. 2. 5. · X5CrNi18-10(1.4301) X2CrNi 18-9 (1.4307) X2CrNiMo 17-12-2 (1.4404) austenitischer CrNi-Stahl