Rostfreier Stahl wird wegen seiner hervorragenden Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bevorzugt. Vom Automobilbau über die Luft- und Raumfahrt bis hin zum Bauwesen dominiert diese Stahlsorte alle Bereiche. Das Schweißen von rostfreiem Stahl ist jedoch nicht so einfach wie das Schweißen der meisten anderen Metalle. Dies wirft eine Frage auf: Warum ist das Schweißen von rostfreiem Stahl so schwierig?
Es gibt keinen einzigen Grund, der das Schweißen erschwert. In erster Linie sind die Eigenschaften von nichtrostendem Stahl für das Schweißen weniger günstig. Das hat zur Folge, dass Schweißer, vor allem Anfänger, bei diesen Werkstoffen oft Löcher ausreißen oder schwache Schweißnähte erzeugen. In diesem Artikel gehe ich auf die Herausforderungen beim Schweißen von rostfreiem Stahl ein und gebe praktische Tipps.
Was ist das Besondere an Edelstahl?
Es gibt verschiedene Arten von Stahl. Jeder dieser Stähle unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung. Unter ihnen zeichnet sich rostfreier Stahl durch einen höheren Chromgehalt aus (über 10,5%). Dieses Chrom macht diese Stahlsorten zu etwas ganz Besonderem, da es ihre Korrosionsbeständigkeit erhöht. Andere Stahlsorten, wie z. B. Kohlenstoffstahl, enthalten kein Chrom.
Diese Typen sind also nicht besonders korrosionsbeständig. Sie fragen sich, wie Chrom die Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl erhöht? Das liegt an der Chromoxidschicht. Wenn rostfreier Stahl mit Feuchtigkeit in Berührung kommt, reagiert das Chrom mit Sauerstoff. Bei dieser Reaktion bildet sich eine Oxidschicht, die als Chromoxid (Cr₂O₃) bezeichnet wird.
Diese Schicht bleibt auf der Oberfläche des nichtrostenden Stahls, ist aber unsichtbar. Wenn nichtrostender Stahl unter Spannung steht, verhindert diese Schicht, dass Feuchtigkeit an die Edelstahloberfläche gelangt. Auf diese Weise schützt sie das Material vor Korrosion. Was mir an dieser Chromoxidschicht gefällt, ist, dass sie sich selbst heilen kann. Wenn rostfreier Stahl zerkratzt, abgescheuert oder anderweitig beschädigt wird, kann er diese Schicht immer noch zurückgewinnen.
Warum ist das Schweißen von rostfreiem Stahl so schwierig?
Das Wichtigste zuerst: Ist rostfreier Stahl wirklich schwer zu schweißen? Ja. In der Tat haben viele Schweißer Schwierigkeiten, starke Schweißnähte an den Oberflächen dieser Stahlsorten herzustellen. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, warum rostfreier Stahl schwer zu schweißen ist. Es wird Ihnen helfen, schlechte Schweißnähte an rostfreiem Stahl zu vermeiden, die nicht lange halten. Gehen wir näher auf die Hauptgründe ein, die das Schweißen von rostfreiem Stahl erschweren.
1- Rostfreier Stahl speichert Wärme
Rostfreier Stahl hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Aus diesem Grund ist die Wärmeübertragung (Bewegung) in diesem Material sehr langsam. Wenn Sie dieses Material schweißen, bleibt die Wärme an einer Stelle. Die Wärme breitet sich jedoch nur schlecht über die Oberfläche aus, was zu einer Anhäufung an einer Stelle führt. Dieser spezielle Punkt erhält mehr Wärme, was zu einem übermäßigen Schmelzen an dieser Stelle führt.
Diese Stelle wird schließlich beschädigt und bildet ein Loch. Bei anderen Materialien wie Aluminium dringt die Hitze beim Schweißen in das Oberflächenmaterial ein und verteilt sich gleichmäßig. Auf diese Weise entsteht an einer Stelle weniger Hitze, so dass kein Loch entsteht. Um dieses Problem anzugehen, empfehle ich, ein Schweißgerät mit sehr niedriger Stromstärke zu verwenden. Dadurch wird die Hitze an der Schweißstelle reduziert und das Entstehen von Löchern verhindert.
2- Hohe thermische Ausdehnung
Nichtrostender Stahl hat eine höhere Wärmeausdehnung, was ein weiterer großer Nachteil ist. Wärmeausdehnung bedeutet, dass sich dieses Material bei Erwärmung ausdehnt. In ähnlicher Weise zieht es sich zusammen oder schrumpft, und die Temperatur sinkt, wenn es abkühlt. Beim Schweißen von rostfreiem Stahl dehnt sich das Material durch die Hitzeeinwirkung schnell aus.
Diese Ausdehnung ist in Ordnung, aber wenn Sie das Schweißgerät entfernen, sinkt die Temperatur. An diesem Punkt beginnt der nichtrostende Stahl zu schrumpfen. Diese Ausdehnungen und Schrumpfungen sind schlecht für das Schweißen, da es zu Verzerrungen und Verformungen in der Schweißnaht kommen kann. Sind Sie verwirrt, warum Verzug schlecht für das Schweißen ist? Schweißnähte an rostfreiem Stahl können sich verziehen und schwach werden, was unschön aussieht.
Die Schweißer heften die rostfreien Teile vor dem endgültigen Verschweißen an. Dadurch wird die Gefahr des Verziehens minimiert, wenn die Teile zu unterschiedlichen Zeiten hohen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind. Denken Sie daran, dass das Schweißen von rostfreiem Stahl vom Schweißer Geduld erfordert. Ein schnelles Vorgehen kann zu einer schwächeren Schweißnaht mit einem schlechten Aussehen führen. Die thermische Ausdehnung kann Kopfzerbrechen bereiten, besonders wenn Sie dünne Edelstahlbleche schweißen.
3- Wärmetönung und Verfärbung bilden sich leicht
Haben Sie schon einmal farbige Schichten auf einem Schweißpunkt aus rostfreiem Stahl gesehen? Diese farbige Schicht, die so genannte Hitzefärbung, wird durch die Reaktion von rostfreiem Stahl mit Sauerstoff verursacht. Beim Schweißen wird dieses Metall sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Bei dieser Temperatur wird der rostfreie Stahl aktiv, reagiert mit Sauerstoff und bildet farbige Schichten.
Diese Farben können entweder blau, gelblich-braun oder goldfarben sein, wodurch die Schweißnaht optisch weniger ansprechend aussieht. Darüber hinaus können diese Hitzeverfärbungen auch die erhebliche Korrosionsbeständigkeit der Chromoxidschicht beeinträchtigen. Infolgedessen wird dieses Material anfällig für Korrosion, insbesondere unter feuchten Bedingungen. Sie können diese Hitzeverfärbung oder Verfärbung verhindern, indem Sie das richtige Schutzgas verwenden, d. h. eine Mischung aus Argon und CO2.
4- Sensibilisierung und Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit
Sensibilisierung kann ein weiteres Problem sein, das beim Schweißen von rostfreiem Stahl auftreten kann. Beim Schweißen von nichtrostendem Stahl steigen die Temperaturen an der Schweißstelle (bis zu 850 °C). Dadurch bilden sich Chromkarbide durch die Reaktion zwischen Chrom und Kohlenstoff. Infolgedessen wird der Chromgehalt des rostfreien Stahls durch die Bildung von Chromkarbid erschöpft.
Ein niedriger Chromgehalt bedeutet einfach, dass der nichtrostende Stahl anfälliger für Korrosion ist. Wie ich bereits sagte, ist Chrom der Hauptbestandteil, der Edelstahl korrosionsbeständig macht. Infolgedessen ist die Verwendung von rostfreiem Stahl weniger effektiv geworden, insbesondere für Schiffsteile. Dieses Problem tritt häufiger bei nichtrostendem Stahl mit einem höheren Kohlenstoffanteil auf und umgekehrt.
5- Größere Wärmeeinflusszone (HAZ)
Die Wärmeeinflusszone ist bei nichtrostendem Stahl im Allgemeinen größer als bei den anderen Metallen. Der Grund dafür liegt in der oben erwähnten geringen Wärmeleitfähigkeit. Beim Schweißen breitet sich die Wärme nicht schnell aus und verbleibt an einer einzigen Stelle. Dieser spezielle Ort oder Punkt wird von der Hitze beeinflusst.
Wenn sich die Wärme schneller ausbreiten würde, gäbe es weniger Wärmestau an einer Stelle, was zu einer kürzeren WEZ führen würde. Was ist der Nachteil einer größeren WEZ? Der wärmebeeinflusste Bereich ist weniger korrosionsbeständig. Infolgedessen korrodiert das Metallteil unter salzigen oder feuchten Bedingungen schnell. Dies würde die Haltbarkeit und Leistung des nichtrostenden Stahls verringern.
6- Präzise Wärmezufuhr und Schweißparameter
Für die meisten Anfänger ist das Schweißen von rostfreiem Stahl sehr schwierig. Das liegt daran, dass rostfreier Stahl präzise Eingaben erfordert, um starke Schweißnähte zu erzielen. Kleine Fehler können zu verzerrten oder verzogenen Schweißnähten führen. Jeder Parameter, wie Hitze, Stromstärke, Spannung und Fahrgeschwindigkeit, muss sorgfältig eingestellt werden. Angenommen, Sie schweißen rostfreien Stahl bei einer höheren Temperatur.
Dies führt dazu, dass das Material aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit durchbrennt und Oberflächenlöcher bildet. Auch die langsamere Verfahrgeschwindigkeit des Brenners kann sich negativ auf die Schweißqualität auswirken. Erfahrene Schweißer wissen jedoch um diese Parameter und setzen sie richtig ein. Daher können sie mit diesem nichtrostenden Stahl präzise schweißen.
7- Schweißbadkontrolle und Rückspülung
Beim Schweißen schmilzt der nichtrostende Stahl aufgrund der sehr hohen Temperaturen. Dieser geschmolzene rostfreie Stahl wird mit dem Zusatzwerkstoff zu einer Schweißnaht verschmolzen. Wenn rostfreier Stahl jedoch geschmolzen ist, bewegt er sich schneller. Dieses geschmolzene Material, das so genannte Schweißbad, kann schwer an einer Stelle zu halten sein. Sie sollten den Zusatzwerkstoff langsam zuführen, um das Schweißbad unter Kontrolle zu halten.
Wenn der geschmolzene rostfreie Stahl schnell fließt, breitet sich die Schweißnaht aus und sieht dann unschön aus. Manchmal wird die Rückseite einer Schweißnaht aus rostfreiem Stahl oxidiert. Dadurch kann die Oxidation zu Hitzeverfärbungen führen. In diesem Fall verwenden die Schweißer die Technik des Rückspülens. Bei dieser Methode wird die Rückseite der Schweißnaht mit Argon gefüllt, um Probleme zu vermeiden.
8- Höhere Kosten für das Schweißen
Das Schweißen von rostfreiem Stahl erfordert äußerste Sorgfalt und Präzision. Ein kleiner Fehler kann zu einer schlechten Schweißnaht mit geringer oder gar keiner Festigkeit führen. Die Einstellung der richtigen Parameter ist entscheidend. Jeder dieser Parameter, der etwas höher oder niedriger als üblich ist, kann die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen. Außerdem benötigen Sie Schweißzusatzwerkstoff, Schutzgas, Spülgas und so weiter.
Diese Faktoren erhöhen die Kosten für das Schweißen von rostfreiem Stahl weiter. Der Schweißer muss auch einige Erfahrung im Schweißen haben, bevor er eine Schweißnaht an rostfreiem Stahl anfertigt. Erfahrene Schweißer können mehr verlangen, wenn Sie jemanden mit dem Schweißen von rostfreiem Material beauftragen möchten. All diese Faktoren tragen dazu bei, dass das Schweißen von rostfreiem Stahl weniger günstig ist. Hier geht es mehr um die Kosten als um die technischen Schwierigkeiten beim Schweißen.
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Herausforderungen beim Schweißen von rostfreiem Stahl?
Beim Schweißen von rostfreiem Stahl treten häufig folgende Probleme auf:
- Verformung und Verzerrung
- Intensiver Hitzestau an einer Stelle
- Probleme mit Wärmetönung und Verfärbung
- Eine größere wärmebeeinflusste Zone beeinträchtigt die Korrosionsbeständigkeit
Kann rostfreier Stahl leicht geschweißt werden?
Ja, nichtrostender Stahl kann geschweißt werden. Allerdings ist es nicht so einfach, so viele andere Materialien wie Aluminium zu schweißen. Schweißer müssen über Fachwissen und Fähigkeiten verfügen, um eine starke, zuverlässige Schweißnaht zu erzeugen.
Was ist schwieriger zu schweißen: Edelstahl oder Aluminium?
Ich halte das Schweißen von nichtrostendem Stahl für eine Herausforderung. Seine geringe Wärmeleitfähigkeit und die höhere Wärmeausdehnung stellen eine große Herausforderung dar. Das Schweißen von Aluminium ist relativ einfacher als das Schweißen von rostfreiem Stahl.
Schlussfolgerung
Ist es möglich, eine zuverlässige Schweißnaht an rostfreiem Stahl zu erzeugen? Ist es möglich, Teile aus rostfreiem Stahl zu schweißen? Die Antwort lautet: Ja. Man kann rostfreien Stahl schweißen, aber man muss vorsichtig sein. Dieses Material gehört nicht zu den am einfachsten zu schweißenden Werkstoffen. Stattdessen können die Schweißer beim Schweißen ernsthafte Probleme bekommen.
Leichte Fehler können die Schweißnaht schwächen und bei rostfreiem Stahl sogar zum Durchbrennen führen. In diesem Artikel habe ich die Hauptgründe erörtert, warum es schwierig ist, an diesen Stahlsorten zu schweißen. Sie müssen jede Stahlsorte genau verstehen und das jeweilige Problem vermeiden. Wenn Sie über das richtige Wissen und die nötige Erfahrung verfügen, können Sie diesen Schweißprozess effektiv durchführen.