Beeinflussung von Nahteigenschaften und Prozessverhalten durch Einsatz basischer Schlackesysteme beim MSG-Fülldrahtschweißen von Ni-Basis-Legierungen : Schlussbericht : Berichtszeitraum: 01.11.2016 bis 30.04.2019

Abstract

Der Einsatz von schlackeführenden Fülldrahtelektroden beim Metall-Schutz-Gas- (MSG)- Schweißen von Ni-Basis-Legierungen ist zurzeit noch wenig verbreitet. Das hat u. a. damit zu tun, dass diese Schweißzusatzwerkstoffe erst im Jahr 2012 mit der Einführung der DIN EN ISO 12153:2012 [1] standardisiert wurden, und sie bis heute auch keine Erwähnung in den DVS-Regelwerken finden. Ni-Basis-Fülldrahtelektroden weisen gegenüber -Massivdrahtelektroden gemäß dem Schrifttum einige technologische und metallurgische Vorteile auf. So besteht die Möglichkeit des MSG-Schweißens ohne Impulslichtbogentechnik in einem breiteren Parameterfenster unter Nutzung preiswerter Standard-Mischgase vom Typ M21 und schlackentypabhängig in verschiedenen Schweißpositionen. Infolge eines verbesserten Einbrand- und Benetzungsverhaltens ist zudem eine geringere Neigung zum Auftreten von Bindefehler oder von unzulässigen Abweichungen in Nahtabmessung und -form zu erwarten. Eine große Herausforderung beim Schweißen von Ni-Basis-Legierungen bildet die Vermeidung von Heißrissen. Diese werden u. a. verursacht durch die geringere Löslichkeit von verunreinigenden Elementen, wie S, P, Si, Pb oder B, im kfz-Gitter und der dadurch begünstigten Ausbildung von Seigerungen und niedrig schmelzenden Phasen, sowie dem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der große Dehnungen bzw. Dehnraten in den geschweißten Bauteilen hervorruft. Gemäß dem Schrifttum sollen basische gegenüber rutilen Fülldrahtelektroden Vorteile im Hinblick auf eine geringere Heißrissempfindlichkeit aufweisen, da die desoxidierende Wirkung der basischen Schlackenbestandteile (z. B. Manganoxid) den Anteil an o. g. heißrissfördernden Elementen im Schweißgut reduziert. Zudem sinkt mit zunehmender Basizität der Sauerstoffgehalt im Schweißgut, was sich vorteilhaft auf die mechanisch-technologischen Gütewerte auswirken soll. In diesem Forschungsprojekt wurde die MSG-Schweißeignung von Ni-haltigen Fülldrahtelektroden vom Typ Ni 6625, Ni 6082, Ni 6083, Ni 6182 und Ni 6276 mit basischer und rutiler Schlackencharakteristik untersucht und vergleichend zu adäquaten Massivdrahtelektroden betrachtet. Im Fokus standen dabei die Verarbeitungseigenschaften, das Auftreten von Nahtunregelmäßigkeiten, insbesondere von Heißrissen, und die mechanischtechnologischen Eigenschaften von Verbindungsschweißungen. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehören die folgenden Erkenntnisse: - Die basischen Fülldrahtelektroden weisen eine geringere Lichtbogenstabilität als die rutilen Fülldrahtelektroden auf und neigen aus diesem Grund häufiger zur Spritzerbildung und zu einer ungleichförmigen Schweißnaht. Außerdem führen die basischen Fülldrahtelektroden zu einem vergleichsweisen hohen Anteil an fest anhaftender Schlacke auf der Schweißnaht, welcher lediglich durch Schleifen entfernbar ist. - Entgegen der in der Literatur getroffenen Aussage lässt sich anhand von selbst- und fremdbeanspruchten Heißrissprüfungen keine höhere Heißrissbeständigkeit der Schweißnähte basischer ggü. rutiler Fülldrahtelektroden belegen. - Die mechanisch-technologischen Gütewerte der Schweißnähte der basischen Fülldrahtelektroden liegen lediglich auf dem Niveau der rutilen Fülldrahtelektroden bzw. sogar leicht darunter. Die erzielten Ergebnisse tragen dazu bei, die Fertigungssicherheit beim Verbindungsschweißen im Apparate- und Anlagenbau der Öl- und Gasindustrie, der Chemie- und Petrochemie, der Flüssigerdgas (LNG)- und Flüssigerdölgas (LPG)-Industrie sowie beim Auftragschweißen von Kesselstählen zu gewährleisten bzw. zu erhöhen.