Was ist beim Schweißen von hitzebeständigen Stahlrohren zu beachten?

Grundlegende Eigenschaften des hitzebeständigen Stahlrohrschweißens
Hitzebeständige Stahlrohre werden häufig in Hochtemperaturumgebungen wie Kesseln, Wärmetauschern und chemischen Geräten eingesetzt. Ihre Schweißanforderungen unterscheiden sich von denen von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl. Hitzebeständige Stahlrohre enthalten typischerweise hohe Anteile an Legierungselementen wie Chrom, Nickel und Molybdän. Diese Elemente erhöhen ihre Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, beeinflussen aber auch ihre Heißrissanfälligkeit, die Mikrostrukturstabilität und das Prozessfenster beim Schweißen. Daher ist beim Schweißen ein gründliches Verständnis der Mikrostruktur und Spannungsdynamik des Materials unerlässlich, um ein Versagen der Verbindung oder eine Verschlechterung der Hitzebeständigkeit aufgrund unsachgemäßer Handhabung zu vermeiden.

Anforderungen an die Vorbereitung und Vorwärmung vor dem Schweißen
Vor dem Schweißen von hitzebeständigen Stahlrohren ist eine gründliche Reinigung unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Schweißfuge und die umliegenden Bereiche frei von Öl, Rost und Verunreinigungen sind, um die Bildung von Poren und Schlackeneinschlüssen beim Schweißen zu verhindern. Das Vorwärmen ist besonders wichtig beim Schweißen von hitzebeständigen Stählen, insbesondere solchen, die hochlegierte Elemente enthalten. Das Vorwärmen verlangsamt die Abkühlgeschwindigkeit, verringert die Verhärtungsneigung im Schweißbereich und minimiert das Risiko von Rissen. Je nach Stahlsorte und Wandstärke liegt die Vorwärmtemperatur im Allgemeinen zwischen 150 °C und 350 °C. Vor dem Schweißen muss ein Temperaturmessgerät verwendet werden, um zu bestätigen, dass die Vorwärmtemperatur den angegebenen Standards entspricht.

Auswahl und Abstimmung von Schweißmaterialien
Die Auswahl des richtigen Schweißmaterials ist entscheidend für die Gewährleistung der Schweißqualität. Beim Schweißen von hitzebeständigen Stahlrohren werden typischerweise Elektroden oder Drähte verwendet, die zur Zusammensetzung des Grundmaterials passen, um die Verbindungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Beispielsweise erfordert hitzebeständiger Cr-Mo-Stahl Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt, während austenitischer hitzebeständiger Stahl hitzebeständige Verbrauchsmaterialien erfordert, die Nickel und Chrom enthalten. Auch der diffundierbare Wasserstoffgehalt der Verbrauchsstoffe muss berücksichtigt werden. Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt sollten vor der Verwendung getrocknet werden, um wasserstoffbedingte Risse zu vermeiden.

Kontrolle der Schweißprozessparameter
Der Wärmeeintrag beim Schweißen von hitzebeständigen Stahlrohren muss ordnungsgemäß kontrolliert werden. Eine übermäßige Wärmezufuhr kann zu einer Vergröberung der Körner und einer erhöhten Schweißspannung führen, wodurch die Zähigkeit und Hitzebeständigkeit der Verbindung verringert werden. Übermäßiger Wärmeeintrag kann zu unvollständiger Verschmelzung oder Schweißfehlern führen. Das Mehrlagenschweißen wird typischerweise verwendet, um die thermischen Auswirkungen einer einzelnen Schweißnaht zu minimieren. Parameter wie Schweißstrom, Spannung und Geschwindigkeit müssen entsprechend dem Material, der Dicke und der Schweißposition des Rohrs angepasst werden, um Spannungskonzentrationen und mögliche Risse zu vermeiden.

Verformungs- und Spannungskontrolle beim Schweißen
Hitzebeständiger Stahl erzeugt beim Schweißen erhebliche Schweißspannungen. Eine unsachgemäße Kontrolle kann zu Verformungen oder sogar Rissen führen. Daher wird häufig das symmetrische Schweißen oder Sprungschweißen verwendet, um die Spannung beim Schweißen zu verteilen. Durch entsprechende Vorrichtungen und Vorrichtungen wird zudem eine übermäßige Verschiebung der geschweißten Bauteile verhindert. Bei dickeren Stahlrohren kann während des Schweißens abschnittsweise eine lokale Erwärmung angewendet werden, um die Spannungskonzentration zu verringern und die Dimensionsstabilität nach dem Schweißen sicherzustellen.

Die Bedeutung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen
Schweißverbindungen von hitzebeständigen Stahlrohren erzeugen beim Abkühlen erhebliche Eigenspannungen, und einige Stahlsorten können sogar eine spröde Mikrostruktur entwickeln, die sich nachteilig auf Rohre auswirkt, die langfristig einem Hochtemperaturbetrieb ausgesetzt sind. Daher ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen unerlässlich. Durch Tempern oder Normalisieren können Restspannungen reduziert, die Mikrostruktur verfeinert und die Gesamtleistung der Verbindung verbessert werden. Um eine gute Hochtemperaturleistung der Schweißverbindung zu gewährleisten, sollten die Wärmebehandlungstemperatur und die Haltezeit auf das Rohrmaterial und die Wandstärke abgestimmt sein.

Prüfung und Reparatur von Schweißfehlern
Nach dem Schweißen sollte die Schweißqualität gründlich durch Sichtprüfung, Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung und andere Methoden bewertet werden, um sicherzustellen, dass keine Mängel wie Risse, Poren und Schlackeneinschlüsse vorliegen. Sobald Mängel entdeckt werden, sollten diese gemäß den Prozessanforderungen repariert werden. Auch bei der Reparatur von Schweißstellen sollte eine Vorwärmung und Nachwärmebehandlung durchgeführt werden, um neue Defekte zu verhindern. Alle Reparaturprozesse sollten zur späteren Rückverfolgbarkeit der Qualität dokumentiert werden.

Vergleich der Vorsichtsmaßnahmen beim Schweißen für verschiedene Arten hitzebeständiger Stahlrohre
Die Vorsichtsmaßnahmen beim Schweißen variieren je nach Art des hitzebeständigen Stahls. Beispielsweise sind das Vorwärmen, die Auswahl des Schweißmaterials und die Nachbehandlung bei martensitischen, austenitischen und duplexhitzebeständigen Stählen unterschiedlich. Die folgende Tabelle vergleicht die wichtigsten Vorsichtsmaßnahmen beim Schweißen verschiedener gängiger Arten von hitzebeständigem Stahl:

Schweißumgebung und Sicherheitsmaßnahmen
Das Schweißen von hitzebeständigem Stahl erfolgt typischerweise unter Arbeitsbedingungen mit hohen Temperaturen und hoher Intensität, daher müssen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Auf der Baustelle sollte für eine gute Belüftung gesorgt werden, um zu verhindern, dass Schweißrauch und schädliche Gase den Arbeitern schaden. Schweißer sollten Schutzkleidung, Masken und hochtemperaturbeständige Handschuhe tragen, um Verletzungen durch Schweißspritzer zu vermeiden. Um Brände durch Schweißfunken zu verhindern, sollte außerdem entsprechende Feuerlöschausrüstung vorhanden sein.