Wie kann das Schweißen von Kohlenstoffstahl sowohl eine gängige Praxis als auch eine komplexe Herausforderung sein? Dieser Leitfaden erforscht die komplizierte Welt des Kohlenstoffstahlschweißens und behandelt die Arten von Kohlenstoffstahl, ihre Schweißbarkeit und spezifische Techniken, die starke, zuverlässige Verbindungen gewährleisten. Die Leser lernen die Unterschiede beim Schweißen von niedrig-, mittel- und hochgekohltem Stahl kennen und erfahren, welche Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind, um häufige Schweißfehler zu vermeiden. Tauchen Sie ein, um die entscheidenden Schritte und die besten Verfahren für erfolgreiches Schweißen von Kohlenstoffstahl zu verstehen.
1. Was ist Kohlenstoffstahl?
Stahl wird auf der Grundlage seiner chemischen Zusammensetzung in zwei Hauptkategorien eingeteilt: Kohlenstoffstahl und legierter Stahl. Kohlenstoffstahl wird je nach seinem Kohlenstoffgehalt in drei Arten unterteilt:
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der auch als Baustahl bezeichnet wird, enthält weniger als 0,25% Kohlenstoff. Es ist gekennzeichnet durch:
Die Anwendungen umfassen:
Einige kohlenstoffarme Stähle werden einer Aufkohlung oder anderen Oberflächenhärtungsbehandlungen unterzogen, um die Verschleißfestigkeit für bestimmte mechanische Anwendungen zu erhöhen.
2. Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25% bis 0,60%, bietet:
Wesentliche Merkmale:
Anwendungen:
3. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, oft auch als Werkzeugstahl bezeichnet, enthält 0,60% bis 1,70% Kohlenstoff. Er ist gekennzeichnet durch:
Anwendungen auf der Grundlage des Kohlenstoffgehalts:
Hochgekohlte Stähle werden in der Regel wärmebehandelt (vergütet), um optimale mechanische Eigenschaften für die vorgesehene Anwendung zu erreichen.
Die Schweißbarkeit von Stahl wird in erster Linie durch seine chemische Zusammensetzung beeinflusst, wobei der Kohlenstoffgehalt der wichtigste Faktor ist. Zwar können auch andere Legierungselemente im Stahl das Schweißen beeinflussen, doch sind ihre Auswirkungen im Vergleich zum Kohlenstoff im Allgemeinen weniger bedeutend.
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (typischerweise 25 mm), niedrigen Umgebungstemperaturen (0,05%) sind zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen erforderlich:
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,25-0,60% C) ist anfälliger für Kaltrisse beim Schweißen. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Härtbarkeit der WEZ zu, was zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von Kaltrissen und einer geringeren Schweißbarkeit führt. Der erhöhte Kohlenstoffgehalt im Grundwerkstoff erhöht auch den Kohlenstoffgehalt im Schweißgut, der in Verbindung mit eventuell vorhandenem Schwefel die Heißrissbildung fördern kann. Um diese Probleme beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt zu mindern:
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (>0,60% C) stellt aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts die größten Herausforderungen beim Schweißen dar. Beim Schweißen entstehen erhebliche thermische Spannungen, die WEZ ist sehr anfällig für Härtung und Kaltrisse, und das Schweißgut ist anfällig für Heißrisse. Folglich hat Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt die schlechteste Schweißbarkeit unter den drei Kategorien. Seine Verwendung in geschweißten Konstruktionen wird im Allgemeinen vermieden und beschränkt sich auf Reparaturschweißungen oder das Panzern von verschleißfesten Bauteilen. Wenn das Schweißen von kohlenstoffreichem Stahl erforderlich ist:
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bezieht sich auf Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25% bis 0,60%, der hochwertigen Kohlenstoff umfasst. Baustahlsorten wie 30, 35, 45, 50, 55 und gegossene Kohlenstoffstahlsorten wie ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 und ZG340-640.
Aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts in Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt im Vergleich zu Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist seine Schweißbarkeit schlechter. Wenn der Massenanteil an Kohlenstoff nahe bei 0,30% liegt und der Mangangehalt nicht hoch ist, ist die Schweißbarkeit immer noch gut, aber wenn der Kohlenstoffgehalt steigt, verschlechtert sich die Schweißbarkeit allmählich.
Wenn der Massenanteil an Kohlenstoff etwa 0,50% erreicht, verschlechtert sich die Schweißbarkeit erheblich.
Beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt können die folgenden Probleme auftreten:
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts im Stahl kann die Wärmeeinflusszone leicht hart und spröde werden Martensitgefüge während des Schweißens, was zu Kaltrissen führt.
Wenn ungeeignete Schweißmaterialien verwendet werden oder die Schweißverfahren nicht richtig formuliert ist, können auch in der Schweißnaht leicht Kaltrisse entstehen.
Beim Schweißen schmilzt der kohlenstoffreiche Grundwerkstoff und bringt Kohlenstoff in die Schweißnaht ein, wodurch sich der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht erhöht. Kohlenstoff kann die Wirkung von Schwefel und Phosphor in Metallen verstärken und Heißrisse verursachen.
Daher können beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt leicht Heißrisse in der Schweißnaht auftreten. Dies gilt insbesondere, wenn der Schwefel- und Phosphorgehalt im Grundwerkstoff oder Schweißmaterial werden nicht streng kontrolliert, was das Auftreten von Heißrissen wahrscheinlicher macht.
Außerdem kann der hohe Kohlenstoffgehalt des Stahls die Neigung der Schweißnaht zur Bildung von CO-Gasporen erhöhen.
Da Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt dazu neigt, beim Schweißen Fehler wie Kalt- und Heißrisse zu bilden, müssen besondere technische Maßnahmen ergriffen werden, um ein erfolgreiches Schweißen zu gewährleisten.
Für das Schweißen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt können verschiedene Lichtbogenverfahren eingesetzt werden Stahlschweißen. Da Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt in der Regel für die Herstellung von Maschinenteilen und nicht für großflächige Schweißkonstruktionen verwendet wird, ist der Schutzgaseinsatz Lichtbogenschweißen wird am häufigsten verwendet.
Um die Bildung von Kalt- und Heißrissen in der Schweißnaht zu verhindern, werden in der Regel wasserstoffarme Elektroden in geschützten Metallbogen Schweißen. Diese Elektroden sorgen nicht nur für einen niedrigen Wasserstoffgehalt in der Schweißnaht, sondern wirken auch entschwefelnd und entphosphorierend, was die Plastizität und Zähigkeit der Schweißnaht erhöht.
Wenn der Stahl einen geringeren Kohlenstoffgehalt hat und die Verbindung eine geringere Steifigkeit aufweist, können Rutil- oder basische Elektroden verwendet werden. Es sollten jedoch strenge technische Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. die Minimierung des Schmelzverhältnisses, das strikte Vorwärmen des Werkstücks und die Kontrolle der Zwischenlagentemperatur.
Wenn ein Vorwärmen nicht möglich ist, können Elektroden aus austenitischem rostfreiem Stahl, wie E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407), verwendet werden.
Das Vorwärmen ist die wirksamste Technik, um beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt Risse zu verhindern. Durch das Vorwärmen wird nicht nur die Abkühlungsgeschwindigkeit der Verbindung verringert und die Bildung von Martensit verhindert, sondern auch die Schweißspannung reduziert und die Wasserstoffdiffusion beschleunigt.
In den meisten Fällen ist ein Vorheizen und Aufrechterhalten der Zwischenlagentemperatur erforderlich.
Die Wahl der Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen richtet sich nach dem Kohlenstoffäquivalent des Stahls, der Dicke des Grundmetalls, der Steifigkeit der Struktur und der Art der Elektrode.
Die Vorwärmtemperatur kann durch Schweißversuche oder durch die empirische Formel T0=550(C-0.12)+0.4δ bestimmt werden. In dieser Formel steht T0 für die Vorwärmtemperatur (℃), C für den Massenanteil von Kohlenstoff im zu schweißenden Grundwerkstoff (%) und δ für die Dicke des Stahlplatte (mm).
Die Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen für das Schweißen von 30er, 35er und 45er Stahl können in Tabelle 1 nachgeschlagen werden.
Tabelle 1 Vorwärmtemperatur und Anlasstemperatur nach dem Schweißen für Kohlenstoff Stahlschweißen
| Stahlsorte | Dicke der Schweißnaht /mm | Ablauf der Operation | Schweißdraht Kategorie | Hinweis | |
| Vorwärmung Zwischenlagentemperatur /℃ | Spannungsarmglühen Temperatur /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Schweißdraht ohne niedrigen Wasserstoffgehalt | 1. Der Heizbereich auf beiden Seiten der Nut für die lokale Vorwärmung beträgt 150-200mm 2. Während des Schweißvorgangs kann das Hämmern zur Reduzierung der Schweißung eingesetzt werden. Eigenspannung. |
| Schweißdraht mit niedrigem Wasserstoffgehalt | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | ||
| >150 | Nicht wasserstoffarmer Typ | ||||
| 50-100 | >150 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | |||
| 45 | -100 | >200 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | ||
Das Werkstück sollte idealerweise eine U- oder V-förmige Rille aufweisen, um den Anteil des Grundmetalls zu verringern, der in die Schweißnaht schmilzt. Bei der Reparatur von Gussfehlern sollte die Auskehlung eine glatte Außenseite haben, um den Anteil des Grundmetalls, der in die Schweißnaht schmilzt, zu minimieren.
Zum Schweißen sollte eine Gleichstromversorgung mit umgekehrter Polarität verwendet werden. Beim Mehrlagenschweißen sollten Elektroden mit kleinem Durchmesser, niedrigem Strom und langsamer Schweißgeschwindigkeit verwendet werden, da der Anteil des Grundmetalls, der in die erste Lage der Schweißnaht schmilzt, bis zu 30% betragen kann.
Nach dem Schweißen sollte das Werkstück idealerweise sofort einer Spannungsarmglühung unterzogen werden. Dies ist besonders wichtig bei Schweißnähten mit großen Dicken, sehr steifen Strukturen und Schweißnähten, die dynamischen oder Stoßbelastungen ausgesetzt sind.
Die Temperatur zum Stressabbau Glühen liegt im Allgemeinen zwischen 600 und 650 Grad Celsius.
Wenn eine Spannungsarmglühung nicht unmittelbar nach dem Schweißen durchgeführt werden kann, sollte eine Nacherwärmung erfolgen, bei der etwas über die Vorwärmtemperaturmit einer Haltezeit von etwa 1 Stunde pro 10 mm Dicke.
(I) 35 Stahl und ZG270-500 Kohlenstoffstahlguss
Der Massenanteil des Kohlenstoffs in Stahl 35 beträgt 0,32% bis 0,39%, der in Kohlenstoffstahlguss ZG270-500 beträgt 0,31% bis 0,40%. Das Kohlenstoffäquivalent beträgt etwa 0,45%, daher ist die Schweißbarkeit dieses Stahlsorte ist akzeptabel.
In der Wärmeeinflusszone beim Schweißen entsteht jedoch eine harte und spröde martensitisches Gefüge bilden, die zur Rissbildung neigen. Daher sollten beim Schweißen dieser Stahlsorte bestimmte technische Maßnahmen getroffen werden.
Beim Elektroden-Lichtbogenschweißen, wenn ein Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie das Grundmaterial erforderlich ist, können die Schweißdrähte E5016 (J506) oder E5015 (J507) verwendet werden. Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie der Grundwerkstoff nicht erforderlich ist, können die Schweißdrähte E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) usw. gewählt werden.
Für das Unterpulverschweißen können die Flussmittel HJ430 oder HJ431 und die Drähte H08MnA oder H10Mn2 gewählt werden.
Für das Schlackenschweißen können die Flussmittel HJ430, HJ431, HJ360 und die Drähte H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA gewählt werden.
Beim Schweißen von Stahl 35 und Stahlguss ZG270-500 liegen die typische Vorwärmtemperatur und Zwischenlagentemperatur für die geschweißten Teile bei etwa 150℃. Wenn die Steifigkeit der geschweißten Teile relativ groß ist, sollten die Vorwärmtemperatur und die Zwischenlagentemperatur auf 200-250℃ erhöht werden.
Der Heizbereich für die lokale Vorwärmung beträgt 150-200 mm auf beiden Seiten der Nut.
Bei geschweißten Teilen mit großer Dicke, hoher Steifigkeit oder bei dynamischen oder Stoßbelastungen sollte unmittelbar nach dem Schweißen ein Spannungsarmglühen durchgeführt werden. Die Glühtemperatur beträgt im Allgemeinen 600-650 °C.
Bei geschweißten Teilen allgemeiner Dicke kann eine Nacherwärmung vorgenommen werden, um die Diffusion von Wasserstoff zu ermöglichen.
Die Nachwärmtemperatur beträgt in der Regel 200-350℃, und die Haltezeit beträgt 2-6 Stunden, je nach Dicke der geschweißten Teile.
(II) 45 Stahl und ZG310-570 Kohlenstoffstahlguss
Der Massenanteil von Kohlenstoff in Stahl 45 beträgt 0,42% bis 0,5% und in Stahlguss ZG310-570 0,41% bis 0,50%. Das Kohlenstoffäquivalent liegt bei 0,56%. Dieser Stahl neigt stärker zur Verhärtung und ist rissanfällig, so dass er sich relativ schlecht schweißen lässt.
Für das Elektroden-Lichtbogenschweißen sollten Schweißdrähte mit niedrigem Wasserstoffgehalt gewählt werden. Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie der Grundwerkstoff erforderlich ist, können die Schweißdrähte E5516-G (J556) oder E5515-G (J557) verwendet werden.
Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie das Grundmaterial nicht erforderlich ist, können die Schweißdrähte E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) usw. gewählt werden.
Für das Unterpulverschweißen können die Flussmittel HJ350 oder SJ101 und die Drähte H08MnMoA gewählt werden.
Beim Schweißen von 45er-Stahl und ZG310-570-Kohlenstoffstahlguss sollte ein kleinerer Schweißstrom gewählt werden, um das Schmelzverhältnis der Schweißnaht zu verringern und die Menge an Kohlenstoff, die vom Grundwerkstoff in die Schweißnaht übergeht, zu reduzieren.
Beim Schweißen dieser Art von Stahl ist es am besten, das gesamte Stück auf eine Temperatur von über 200℃ vorzuwärmen.
Da bei T-Verbindungen die Wärmeabfuhr in mehrere Richtungen erfolgt als bei stumpfen Verbindungen, ist die Abkühlgeschwindigkeit der geschweißte Verbindung wird zunehmen, wodurch sich die Tendenz zur Bildung von Kaltrissen erhöht.
Daher sollte die Vorwärmtemperatur je nach Dicke der geschweißten Teile angemessen auf 250-400℃ erhöht werden.
Die Zwischenlagentemperatur sollte nicht niedriger sein als die Vorwärmtemperatur.
Nach dem Schweißen sollten die geschweißten Teile sofort spannungsarm geglüht werden. Die Glühtemperatur beträgt 600-650℃.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
DE 
EN 
AR 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO