Eine Grundierung zum Schweißen von Edelstahl

Zu den häufig verwendeten Edelstählen gehören 304 und 316. Der kostengünstigste davon ist 304, der 18 Prozent Chrom und 8 Prozent Nickel enthält und in allen Bereichen von Automobilverkleidungen bis hin zu Küchengeräten verwendet wird.

Edelstahl ist in unserem modernen Leben fast überall zu finden, von unserer Küche und Kleidung bis hin zu Krankenhäusern, Restaurants und Autos. Dieses wartungsarme Metall bietet eine Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die von anderen Legierungen nicht zu übertreffen ist.

Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein. Wo ist also der Haken? Bei der Herstellung fast aller Gegenstände aus einer der über 150 Edelstahlsorten ist in der Regel Schweißen erforderlich. Und das Schweißen von Edelstahl ist eine Herausforderung. Zu diesen Herausforderungen gehören das Vorhandensein von Chromoxid, die Steuerung der Wärmezufuhr, die Auswahl des verwendeten Schweißverfahrens, der Umgang mit sechswertigem Chrom und die ordnungsgemäße Endbearbeitung.

Trotz aller Schwierigkeiten beim Schweißen und Bearbeiten dieses Materials bleibt Edelstahl für viele Branchen die beliebte und manchmal einzige Wahl. Für eine erfolgreiche Schweißung ist es wichtig zu wissen, wie man sicher damit arbeitet und wann man welche Schweißverfahren anwendet. Und es könnte der Schlüssel zu einer erfolgreichen Karriere sein.

Warum ist das Schweißen von Edelstahl so eine Herausforderung? Die Antwort beginnt mit der Art und Weise, wie es erstellt wird. Zur Herstellung von Edelstahl wird kohlenstoffarmer Stahl, auch Weichstahl genannt, mit mindestens 10,5 Prozent Chrom gemischt. Das hinzugefügte Chrom bildet eine Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche, die die meisten Arten von Korrosion und Rost verhindert. Hersteller fügen dem Stahl unterschiedliche Mengen an Chrom und anderen Elementen hinzu, um die Qualität des Endprodukts zu verändern, und verwenden dann ein dreistelliges Nummerierungssystem zur Unterscheidung der Qualitäten.

Zu den häufig verwendeten Edelstählen gehören 304 und 316. Der kostengünstigste davon ist 304, der 18 Prozent Chrom und 8 Prozent Nickel enthält und in allen Bereichen von Automobilverkleidungen bis hin zu Küchengeräten verwendet wird. Edelstahl 316 enthält weniger Chrom (16 Prozent) und mehr Nickel (10 Prozent), enthält aber auch 2 Prozent Molybdän. Diese Zusammensetzung verleiht Edelstahl 316 eine zusätzliche Beständigkeit gegenüber Chlorid- und Chlorlösungen und macht ihn zu einer besseren Wahl für Meeresumgebungen sowie die chemische und pharmazeutische Industrie.

Diese Chromoxidschicht sorgt zwar für die rostfreie Qualität, bereitet den Schweißern aber auch so viel Kummer. Diese hilfreiche Barriere erhöht die Oberflächenspannung des Metalls und verlangsamt die Bildung einer flüssigen Schweißpfütze. Ein häufiger Fehler besteht darin, die Wärmezufuhr zu erhöhen, da mehr Wärme die Fließfähigkeit der Pfütze erhöht. Dies kann sich jedoch nachteilig auf Edelstahl auswirken. Zu viel Hitze führt zu weiterer Oxidation und kann das Grundmetall verformen oder durchbrennen. Wenn man die dünnen Bleche hinzufügt, die in Hochproduktionsindustrien wie der Automobilabgasherstellung verwendet werden, wird das zu einer Herausforderung auf höchstem Niveau.

Hitze kann die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl auf schöne Weise beeinträchtigen. Wenn die Schweißnaht oder die umgebende Wärmeeinflusszone (HAZ) einen Regenbogen aus Farben bildet, ist das ein Hinweis darauf, dass zu viel Wärme verwendet wird. Oxidierter Edelstahl erzeugt erstaunliche Farben von blassem Gold bis hin zu tiefem Blau und Violett. Die Farben sorgen für ein schönes Kunstwerk, können aber auf eine Schweißnaht hinweisen, die bestimmte Schweißvorschriften möglicherweise nicht erfüllt. Die strengsten Vorschriften bevorzugen eine geringe bis gar keine Färbung der Schweißnaht.

Es ist eine weit verbreitete Annahme, dass das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) am besten für rostfreie Stähle geeignet ist. Historisch gesehen traf dies im Allgemeinen zu. Dies gilt auch dann, wenn man versucht, diese kräftigen Farben für ein künstlerisches Gewebe zur Geltung zu bringen und die höchsten Qualitätsstandards von Industrien wie Nukleartechnik und Luft- und Raumfahrt zu erfüllen. Dank moderner Schweißinvertertechnologie ist das Gas-Metalllichtbogenschweißen (GMAW) jedoch zu einem Produktionsstandard für rostfreie Stähle geworden, und zwar nicht nur für automatisierte oder robotergestützte Systeme.

Da es sich beim GMAW um einen halbautomatischen Drahtvorschubprozess handelt, bietet er eine schnelle Abscheidungsrate, was zur Reduzierung des Wärmeeintrags beiträgt. Einige Fachleute sagen, es sei einfacher zu verwenden als GTAW, da es weniger auf den Fähigkeiten des Schweißers als vielmehr auf der Technologie der Schweißstromquelle beruht. Darüber lässt sich streiten, aber die meisten modernen GMAW-Stromquellen nutzen vorprogrammierte Synergielinien. Diese Programme wurden speziell entwickelt, um Parameter wie Stromstärke und Spannung basierend auf Benutzereingaben von Zusatzwerkstoff, Materialstärke, Gasart und Drahtdurchmesser anzupassen.

Einige Wechselrichter können den Lichtbogen während der gesamten Schweißung regulieren, um konstant einen präzisen Lichtbogen zu liefern, Teilelücken zu bewältigen und hohe Bewegungsgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, um Produktions- und Qualitätsstandards zu erfüllen. Dies gilt insbesondere beim automatisierten oder robotergestützten Schweißen, gilt aber auch beim manuellen Schweißen. Einige Stromquellen auf dem Markt bieten Touchscreen-Schnittstellen und Bedienelemente am Brenner für einfache Einstellungen.

Das Schweißen von Edelstahl ist eine Herausforderung. Zu diesen Herausforderungen gehören das Vorhandensein von Chromoxid, die Steuerung der Wärmezufuhr, die Auswahl des verwendeten Schweißverfahrens, der Umgang mit sechswertigem Chrom und die ordnungsgemäße Endbearbeitung.

Die Wahl des richtigen Gases für GTAW wird oft durch Erfahrung oder Schweißnahttests der Anwendung entschieden. GTAW, auch als Wolfram-Inertgas (WIG) bekannt, verwendet für die meisten Anwendungen nur Inertgas, typischerweise Argon, Helium oder eine Mischung aus beiden. Durch unsachgemäße Schutzgas- oder Wärmezufuhr kann jede Schweißnaht übermäßig konvex oder fadenförmig werden und verhindert, dass sie mit dem umgebenden Metall verschmilzt, was zu einer unansehnlichen oder ungeeigneten Schweißnaht führt. Die Entscheidung, welche Mischung für jede Schweißnaht am besten geeignet ist, kann Zeitverlust durch Versuch und Irrtum bedeuten. Die synergetischen GMAW-Linien tragen dazu bei, den Zeitverlust bei einer neuen Anwendung zu reduzieren. Wenn jedoch höchste Qualität gefordert wird, ist GTAW immer noch das Schweißverfahren der Wahl.

Das Schweißen von Edelstahl birgt Gesundheitsrisiken für die Person, die den Brenner hält. Die größte Gefahr geht von den beim Schweißen freigesetzten Dämpfen aus. Erhitztes Chrom erzeugt die chemische Verbindung sechswertiges Chrom, die bekanntermaßen die Atemwege, die Nieren, die Leber, die Haut und die Augen schädigt und Krebs verursacht. Schweißer sollten unbedingt Schutzausrüstung tragen, einschließlich einer Atemschutzmaske, und sicherstellen, dass der Bereich ausreichend belüftet ist, bevor sie mit dem Schweißen beginnen.

Die Herausforderungen von Edelstahl enden nicht, wenn die Schweißung abgeschlossen ist. Edelstahl erfordert auch bei der Veredelung besondere Aufmerksamkeit. Die Verwendung einer Stahlbürste oder mit Kohlenstoffstahl verunreinigter Polierpads kann die schützende Chromoxidschicht beschädigen. Selbst wenn der Schaden nicht sichtbar ist, können diese Verunreinigungen das fertige Stück anfällig für Rost oder andere Korrosion machen.

Terrence Norris ist leitender Anwendungsingenieur bei Fronius USA LLC, 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 219-734-5500, www.fronius.us.

Rhonda Zatezalo ist freiberufliche Autorin für Crearies Marketing Design LLC, 248-783-6085, www.crearies.com.

Durch die moderne Inverter-Schweißtechnologie ist das Gas-MSG zu einem Produktionsstandard für rostfreie Stähle geworden, und zwar nicht nur für automatisierte oder robotergestützte Systeme.