Entwicklung einer wirtschaftlicheren Prozessführung für das UP-Schweißen ferritisch-austenitscher Legierungen unter Berücksichtigun der metallurgischen Besonderheiten : Schlussbericht vom 03.06.2021 zu IGF-Vorhaben Nr. 19.936 B : Berichtszeitraum: 01.02.2018 - 31.01.2021

Abstract

Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens bestand in der Ermittlung einer Prozessführung für ein wirtschaftlicheres UP-Schweißen von vier industriell relevanten Vertretern ferritisch-austenitischer Legierungen mit zusätzlicher Kaltdrahtzufuhr bei Gewährleistung der im Normenwerk geforderten werkstoffspezifischen Kennwerte. Dabei wurde eine Generierung der geforderten Kennwerte direkt aus dem Schweißprozess heraus angestrebt, um die Einsparung einer Wärmenachbehandlung bei der Herstellung dickwandiger Rohre zu ermöglichen, was enorme Zeit- und Kostenersparnisse bringt, da der Glühprozess den geschwindigkeitsbe-stimmenden Schritt der Fertigungskette darstellt. Die wirtschaftliche Bedeutung der Projektergebnisse für KMU begründet sich vor allem auf Zeit- und Kostenersparnissen sowie der Erhöhung des Durchsatzes. Die Untersuchungen erfolgten an den Knetlegierungen 1.4462 und 1.4410 sowie an den Gusslegierungen 1.4470 und 1.4469 mit den Prozessvarianten UP-Eindraht, UP-Eindraht mit Kaltdraht und UP-Doppeldraht mit Kaltdraht. Die wichtigsten Ergebnisse des Forschungsprojektes sind: Beim UP-Schweißen der Knetlegierungen lässt sich durch Zugabe eines zusätzlichen Kaltdrahtes im Rahmen des werkstofflich maximal zulässigen Wärmeeinbringens die Abschmelzleistung steigern. Die gesteigerte Abschmelzleistung infolge des Zusatzdrahtes mündet in einer Einsparung an Schweißraupen (UP-Eindraht-Prozess) bzw. in einer Steigerung der Schweißgeschwindigkeit (UP-Doppeldraht-Prozess). Die Kaltdrahtzugabe besitzt einen vernachlässigbar geringen Einfluss auf die t12/8-Abkühlzeit. Eine Einflussnahme auf die Abkühlzeit und somit auf Gefüge und Eigenschaften der Schweißnaht muss über eine Anpassung der Prozessführung (Wärmeeinbringen, Zwischenlagentemperatur) erfolgen. Eine generell erhöhte Korrosionsanfälligkeit von Gasblaseneindrücken gegenüber der sonstigen Nahtoberfläche wurde nicht nachgewiesen. Vereinzelt wurden jedoch Öffnungen von unter dem Gasblaseneindruck befindlichen Mikroporen hin zur Oberfläche beobachtet. Zur Minimierung des Porenanteils und zur Sicherstellung der Entgasung der Schmelze wird vom UP-Schweißen mit geringen Streckenenergien abgeraten. Eine Wärmenachbehandlung ermöglicht die Senkung des Ferritgehalts, die Reduzierung der Härtewerte und die Erhöhung der Kerbschlagarbeitswerte. Sie ist zur Erzielung normativ geforderter Werkstoffkennwerte jedoch nicht zwangsläufig notwendig. Die im Projekt durchgeführten Versuchsschweißungen führten zum Erreichen der geforderten Kennwerte bereits im Schweißzustand. Die Produktivitätssteigerung in Folge einer Einsparung von Schweißraupen oder einer Steigerung des Durchsatzes steht notwendigen Investitionskosten gegenüber. Die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen UP-Verfahrensvarianten muss in Abhängigkeit der zu fertigenden Bauteile individuell kalkuliert werden. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.