Verbrauchsmaterial-Ecke: Verhindert Risse beim Hochschweißen

F: Wir fertigen einen pflugartigen Mechanismus aus A514 (T1)-Stahl mit Scharnieren aus weniger festem Stahl wie A572 oder A36. Bei einer bestimmten Maschine sieht die Konstruktion vor, dass der Pflug aus 3/4 Zoll dickem AR400 und die Scharniere aus 3/4 Zoll dickem A514 gefertigt werden. Wir verwenden GMAW mit einem Schutzgas aus 90 Prozent Argon und 10 Prozent Kohlendioxid und einem ER120-Füllmetall. Wir haben viele Risse festgestellt, entweder im Schweißgut oder im Grundmaterial. Irgendwelche Vorschläge, wie wir das beheben können?

A: Werfen wir einen Blick auf die von Ihnen erwähnten Materialien und gehen wir die Besonderheiten jedes einzelnen sowie die Strategien zum Schweißen dieser Materialien durch.

A514 und AR400 sind hochfeste, niedriglegierte Stähle (HSLA), die ihre Eigenschaften durch den Vergütungsprozess (Q&T) erhalten. Diese Arten hochfester Materialien enthalten sehr geringe Legierungsanteile wie Nickel, Chrom und Molybdän, die die mechanischen Eigenschaften verbessern. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden besteht darin, dass A514 äußerst vielseitig ist und in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, wohingegen AR400 abrieb- und schlagfest ist und nicht für tragende Strukturanwendungen verwendet werden sollte.

A514 hat eine Zugfestigkeit im Bereich von 110 bis 130 KSI und eine Brinell-Härtezahl (BHN) im Bereich von 235 bis 293, abhängig von der verwendeten Sorte. AR400 hat eine Zugfestigkeit zwischen 170 und 190 KSI und einen BHN-Mindestwert von 400, daher der Name.

Die Verwendung eines ER120-Füllmetalls und eines Schutzgases aus 90 Prozent Argon und 10 Prozent CO2 beim GMAW-Verfahren ist vollkommen akzeptabel. Aufgrund der wasserstoffarmen Eigenschaften dieses Prozesses und Drahttyps ist dies tatsächlich vorteilhaft.

In den meisten Situationen passen Sie Ihr Zusatzmetall an das zu verbindende Grundmaterial mit der niedrigsten Festigkeit an, in diesem Fall A514. Allerdings ist der AR400 nicht für tragende Anwendungen gedacht und daher technisch gesehen das schwächste Glied. Darüber hinaus haben Sie angegeben, dass es sich um einen Pflugmechanismus handelt, sodass die Materialien höchstwahrscheinlich aufgrund ihrer Schlag- und Abriebfestigkeit und nicht aufgrund ihrer Gesamtfestigkeit ausgewählt werden.

Wenn Sie dies mit dem Konstrukteur und Materiallieferanten überprüfen können, können Sie es möglicherweise mit einem Schweißzusatzwerkstoff geringerer Festigkeit schweißen, z. B. einer ER70- oder ER80-Klassifizierung. Diese Legierungen haben einen geringen Legierungsgehalt und das Schweißgut ist weniger anfällig für die Bildung rissempfindlicher metallurgischer Phasen (d. h. Martensit). Aus technischer Sicht sollten Sie Stringer-Perlen und bei Bedarf ein leichtes Kugelstrahlen der Schweißnaht verwenden, um Restspannungen in der Schweißnaht zu reduzieren.

Um die Ursache Ihrer Cracking-Probleme zu ermitteln, sind zwei Informationen erforderlich. Erstens: Welche Arten von Rissen bekommen Sie? Zweitens: Wärmen Sie die Verbindungen vor dem Schweißen vor? Wenn ja, auf welche Temperatur?

Risse unter der Schweißnaht und Risse, die quer zur Schweißrichtung verlaufen, werden typischerweise durch Wasserstoffeinschlüsse verursacht. Damit dies geschieht, muss die Mikrostruktur anfällig für Wasserstoffversprödung und eine Wasserstoffquelle sein. Wenn die geschweißten Teile nicht richtig vorgewärmt und langsam abgekühlt werden, kann es zur Bildung von Martensit in der Schweißnaht oder der Wärmeeinflusszone (HAZ) des Grundmaterials kommen.

Martensit ist eine spröde Mikrostruktur, die sehr anfällig für den Einschluss von Wasserstoff ist. Da Wasserstoff das kleinste aller Elemente ist, kann er sich frei durch die Mikrostruktur bewegen, wo er sich in der Nähe der Korngrenzen ansammelt, was zu einem extremen intergranularen Druck führt. Dieser Innendruck kann zusammen mit einer Mikrostruktur mit geringer Duktilität zu wasserstoffinduzierter Rissbildung und einem möglicherweise katastrophalen Ausfall führen.

Vorwärmen und langsames Abkühlen sind die wichtigsten Schritte für den Erfolg dieser Schweißanwendung. Da es sich bei beiden Grundmaterialien um Q&T handelt, achten Sie besonders auf die Vorwärmung und die maximale Zwischenlagentemperatur. Für die angegebenen Dicken sollte der AR400 eine Mindestvorwärmung von 250 Grad F und der A514 eine Mindestvorwärmung von 125 Grad F haben. Die maximale Zwischendurchgangstemperatur für beide Materialien beträgt 400 Grad F. Wenn Sie diese Werte überschreiten, kommt es höchstwahrscheinlich zu einem Glühvorgang auftreten, was zu geringeren Festigkeitseigenschaften führt. Halten Sie schließlich die Schweißwärmezufuhr unter 55 Kilojoule pro Zoll.