Wie sollte martensitischer Stahl geschweißt werden?

1. Schweißverfahren

Martensitischer Stahl kann mit allen Schmelzschweißverfahren außer Gas-Schweißen geschweißt werden, wie z. B. Stabelektroden-Lichtbogenschweißen, Unterpulverschweißen, Wolfram-Inertgasschweißen und Schmelzelektroden-Inertgasschweißen. Aufgrund der hohen Kaltrissempfindlichkeit dieses Stahls müssen die Schweißteile gründlich gereinigt und die Schweißstäbe vor dem Schweißen getrocknet werden, um niedrige Wasserstoff- oder sogar ultra-niedrige Wasserstoffbedingungen aufrechtzuerhalten. Wenn die Behinderung der Schweißverbindung groß ist, wird das Wolfram-Inertgasschweißen oder das Schmelzelektroden-Inertgasschweißen bevorzugt. Um die Neigung zu Kaltrissen zu verringern, sollte die Schweißwärmeeinbringung angemessen erhöht werden, ohne dass eine Überhitzung und Versprödung in der Nahtzone entsteht. 

2. Schweißmaterialien

Auswahl der Schweißmaterialien sollte je nach Stahltyp, Schweißverfahren und Betriebsbedingungen der Verbindung variieren. Um die Anforderungen an die Gebrauchseigenschaften zu erfüllen, sollte die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht so nahe wie möglich an die des Grundwerkstoffs sein. D. h. es sollten Schweißmaterialien mit Komponenten ausgewählt werden, die denen des Grundwerkstoffs nahekommen. In diesem Fall neigen die Schweißnaht und die wärmebeeinflusste Zone jedoch dazu, zu härten und zu verspröden. Um Kaltrisse zu vermeiden, ist im Allgemeinen eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich. Wenn der Schweißteil keiner Wärmebehandlung unterzogen werden kann, sollten Schweißmaterialien aus 25-20- oder 25-13-Typ Austenitstahl zum Schweißen verwendet werden, um eine Austenit-Schweißnaht zu bilden, die Schweißspannungen zu lockern und Wasserstoff effektiver zu lösen, wodurch die Neigung zu Kaltrissen verringert wird. Austenit-Schweißnähte haben eine hohe Plastizität und Zähigkeit, aber eine niedrige Festigkeit. Daher sind sie nur für Schweißteile geeignet, die unter niedrigen Spannungen arbeiten, und nicht für Schweißteile, die bei hohen Temperaturen arbeiten. Beim Stabelektroden-Lichtbogenschweißen werden normalerweise Niedrigwasserstoff-Elektroden verwendet und vor dem Schweißen zwei Stunden lang bei 400-450℃ getrocknet. Beim Unterpulverschweißen sollten niedrigsiliziumhaltige, hochalkalische oder schwach saure Schweißpulver wie HJ172, HJ173, HJ251 verwendet werden. Das TIG-Schweißen wird hauptsächlich für das Bodenabdichten und das Schweißen dünnwandiger Teile bei Mehrlagenschweißungen eingesetzt.

3. Vorwärmung und Zwischenschichttemperatur

Das Vorwärmen und Aufrechterhalten der Zwischenschichttemperatur sind wichtige Verfahrensmaßnahmen zur Verhinderung von Kaltrissen. Bei der Auswahl der Vorwärmtemperatur sollte zunächst der Kohlenstoffgehalt im Stahl berücksichtigt werden, und zweitens die Behinderung der Fuge, die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs und das Schweißverfahren. Die empfohlene Vorwärmtemperatur und die Wärmezufuhr basieren auf der Klassifizierung des Kohlenstoffgehalts. Wenn die Behinderung der Fuge groß ist, sollten die Vorwärmtemperatur und die Zwischenschichttemperatur entsprechend erhöht werden. Die Zwischenschichttemperatur sollte nicht niedriger als die Vorwärmtemperatur sein. Beim Schweißen mit austenitischen Stahlschweißwerkstoffen kann je nach Dicke des Schweißteils keine Vorwärmung oder eine Niedertemperaturvorwärmung erforderlich sein.

4. Nachschweißwärmebehandlung

Die Nachschweißwärmebehandlung ist eine weitere wichtige Verfahrensmaßnahme zur Verhinderung von Kaltrissen. Wenn Schweißwerkstoffe mit einer Zusammensetzung ähnlich der des Grundwerkstoffs verwendet werden, ist im Allgemeinen eine Nachschweißwärmebehandlung erforderlich. Beim Schweißen mit austenitischen Stahlschweißwerkstoffen ist normalerweise keine Nachschweißwärmebehandlung erforderlich. Um sicherzustellen, dass der Austenit nach dem Schweißen vollständig in Martensit umgewandelt werden kann, ist eine sofortige Anlassung nach dem Schweißen nicht erlaubt. Die Fuge sollte auf eine bestimmte Temperatur unterhalb des Ms-Punkts abgekühlt und für eine bestimmte Zeitdauer gehalten werden, bevor eine Hochtemperaturanlassung durchgeführt wird. Denn wenn unmittelbar nach dem Schweißen eine Anlassung durchgeführt wird, wandelt sich der Austenit in Perlit um und Karbide scheiden sich entlang der Austenitkorngrenzen ab. Diese Struktur ist sehr spröde. Um jedoch Kaltrisse zu verhindern, ist es nicht erlaubt, eine Hochtemperaturanlassung durchzuführen, nachdem die Fuge auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Normalerweise wird die Anlassung bei 100-150℃ durchgeführt.