Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil III
Oft ist es wirtschaftlicher, Spezial-Werkzeuge mittels Schweißen zu reparieren, instand zu setzen oder umzubauen, als die Werkzeuge neu zu kaufen. Denn neben den teils sehr hohen Anschaffungskosten kommt noch der Zeitfaktor dazu. Bis ein bestelltes Werkzeug geliefert und startklar ist, kann es etwas dauern. Schweißarbeiten sind oft deutlich schneller und eben kostengünstiger erledigt. Kein Wunder also, dass das Schweißen Standard im Werkzeugbau ist.
Allerdings sind die Stähle im Werkzeugbau oft reich an Kohlenstoff. Für den Schweißer bedeutet das, dass er genau auf die Temperaturen achten muss. Andernfalls drohen veränderte Spannungen im Gefüge und Risse in der Schweißzone.
In einer mehrteiligen Beitragsreihe vermitteln wir ausführliche Fachinfos rund ums Schweißen im Werkzeugbau. In diesem Teil III befassen wir uns mit der Arbeitstemperatur vor und beim Schweißen:
Grundsätzlich ist ratsam, direkt mit dem Schweißen zu beginnen, wenn die Schweißnaht vorbereitet und gereinigt ist. Andernfalls könnten Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit zu erneuten Verunreinigungen der Oberflächen führen.
Um die Aufnahme von Wasserstoff möglichst gering zu halten und so einer Versprödung durch Wasserstoff entgegenzuwirken, sollte der Schweißer neben der gründlichen Reinigung des Schweißbereichs außerdem darauf achten, umhüllte Elektroden in einem beheizten Behälter oder Trockenschrank aufzubewahren. Für den mobilen Einsatz außerhalb der Werkstatt sind tragbare Behälter nützlich. Sollten die Elektroden nach dem Öffnen der Packung bereits feucht geworden sein, sollte eine Rücktrocknung erfolgen.
Liegt die Umgebungstemperatur unter fünf Grad Celsius, muss der Schweißer zusätzliche Vorkehrungen treffen. Dazu kann gehören, die Bauteile abzudecken, sie großflächig anzuwärmen oder sie vorzuwärmen, wenn er beim Schweißen eher wenig Wärme einbringt oder die Wärme schnell abgeleitet wird.
Das Vorwärmen der Stähle und die Temperatur dabei hängt von verschiedenen Faktoren ab. So zum Beispiel von der Dicke des Bauteils, der Art und Form der Schweißnaht, dem Wasserstoffgehalt im Schweißgut oder der Eigenspannung und der Steifigkeit des Werkstoffs. Werden Werkzeuge repariert, gibt der Hersteller des Werkzeugstahls in aller Regel Hinweise auf die Vorwärmung und die Zwischenlagentemperatur.
Diese Vorgaben sollte der Schweißer natürlich beachten. Verarbeitet der Schweißer Werkstoffe, die einen hohen Gehalt an Chrom oder Wolfram haben, sollte er grundsätzlich langsam vorwärmen. Die geringe Wärmleitfähigkeit dieser Werkstoffe könnte sonst nämlich zu Rissen führen, die durch Spannungen entstehen.
Dass Werkzeugstähle unter erhöhten Temperaturen geschweißt werden, liegt in erster Linie an der hohen Härtbarkeit, aus der sich die Rissempfindlichkeit vom Schweißgut und der Wärmeeinflusszone ableitet. Wird ein Werkzeug geschweißt, das nicht vorgewärmt war, kühlen das Schweißgut und die Wärmeeinflusszone nämlich sehr schnell ab.
Weil das eine Umwandlung in spröden Martensit zur Folge hat, steigt das Risiko, dass sich Risse bilden. Dabei ist gut möglich, dass sich Risse in der Schweißnaht durch das komplette Werkzeug weiterziehen, nachdem es erkaltet ist.
Mehrlagiges Schweißen von einem vorgewärmten Werkzeug bei der richtigen Temperatur bewirkt, dass das Schweißgut während des ganzen Schweißvorgangs größtenteils austenitisch bleibt. Die Umwandlung erfolgt langsam, während das Werkzeug abkühlt. Das Ergebnis ist, dass sich die Härte und das Gefüge im Schweißgut nicht verändern.
Für die Praxis bedeutet das, dass der Schweißer das Bauteil konstant bei 50 bis 100 Grad Celsius über der MS-Temperatur des Stahls, den er verschweißt, halten sollte. Die MS-Temperatur ist die Temperatur, bei der die Umwandlung von Austenit in Martensit einsetzt.
Strenggenommen ist die MS-Temperatur des Schweißguts der entscheidende Wert. Denn die MS-Temperatur des Schweißguts muss nicht unbedingt mit der MS-Temperatur des Grundwerkstoffs übereinstimmen.
Es kommt gelegentlich vor, dass der durchgehärtete Grundwerkstoff bei einer Temperatur angelassen wurde, die unter der MS-Temperatur liegt. Ein Vorwärmen führt dann zu einem Härteabfall. Das passiert zum Beispiel bei vielen Kaltarbeitsstählen. Zugunsten des Vorwärmens und um die Gefahr von Rissbildung zu senken, geht der Härteabfall aber in Ordnung.
Generell sollte der Schweißer den kompletten Vorgang in vorgewärmtem Zustand durchführen. Es ist nicht ratsam, den Schweißvorgang nur teilweise ausführen, das Werkzeug abkühlen zu lassen und den Vorgang dann zu einem späteren Zeitpunkt abzuschließen.
Denn das Risiko, dass das Werkzeug durchreißt, ist dann sehr hoch. Die mindeste Vorwärmtemperatur entspricht der geringsten Zwischenlagentemperatur und darf zu keinem Zeitpunkt während des Schweißvorgangs unterschritten werden.
Werden Schnittwerkzeuge repariert, ist es notwendig, die beschädigten Stellen zuerst zu reinigen und anschließend auf 150 Grad Celsius vorzuwärmen. Dieses Vorwärmen genügt, wenn nur kleinere Fehler oder oberflächliche Risse vorhanden sind. Größere Beschädigungen erfordern ein Vorwärmen auf 450 bis 600 Grad Celsius.
Für das Vorwärmen kann der Schweißer sowohl auf Glüheinrichtungen als auch auf mobile Heizgeräte wie Gasbrenner oder elektrische Heizgeräte zurückgreifen. Allerdings muss sichergestellt sein, dass er die Vorwärm- und die Zwischenlagentemperatur während des ganzen Schweißprozesses konstant halten und kontrollieren kann. Damit das vorgewärmte Bauteil nicht zu schnell abkühlt, bietet es sich an, das Werkstück abzudecken.
Wärmt der Schweißer das Bauteil bei kleineren Reparaturen mit einem Propan-Gasbrenner an, sollte er mit einer weichen Flamme arbeiten, die nicht rußt. Denn der Ruß würde den Bereich der Schweißnaht verunreinigen. Wichtig ist außerdem, einzelne Stellen nicht zu überhitzen.
Auch in einem Ofen kann ein Werkzeug natürlich vorgewärmt werden. Hier kann aber das Problem auftreten, dass die Temperatur im Ofen ungleichmäßig ist und so zu Spannungen führt. Möglich ist außerdem, dass das Vorwärmen zu langsam erfolgt und das Werkzeug deshalb bis zum Kern aufgeheizt wird.
Daneben muss der Schweißer darauf achten, dass das Werkzeug nicht abkühlt, wenn er es aus dem Ofen nimmt. Sollte die Temperatur zu stark abfallen, kann es notwendig werden, das Werkzeug noch einmal vorzuwärmen.
Mehr Ratgeber, Tipps und Anleitungen:
- Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil II
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Thema: Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen im Werkzeugbau, Teil III
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