Was ist beim Schweißen von Kohlenstoffstahl zu beachten?
Kohlenstoffstahl ist eine große Familie von Stahllegierungen, die je nach Verwendungszweck des Stahls neben verschiedenen anderen Elementen ein gemeinsames Kohlenstofflegierungselement aufweisen. Es gibt verschiedene Herstellungsverfahren, um diese Materialien zu verbinden, wobei das Schweißen eines der beliebtesten Beispiele ist. Kohlenstoffarmer Stahl lässt sich mit einer Reihe verschiedener Methoden, einschließlich Lichtbogen- und Schutzgasverfahren, relativ einfach und unkompliziert schweißen. Das Schweißen von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist etwas schwieriger und erfordert ein sorgfältiges Vorheizen und Abkühlen des Metalls nach dem Schweißen.
Der Begriff Kohlenstoffstahl ist eine ziemlich allgemeine Beschreibung einer großen Familie von Stahllegierungsprodukten. Diese Werkstoffe können je nach Verwendungszweck eine Reihe unterschiedlicher Legierungselemente aufweisen, die jedoch alle in unterschiedlichem Maße Kohlenstoff enthalten. Eine der gebräuchlichsten Methoden zur Konstruktion und Herstellung von Strukturen und Teilen unter Verwendung dieser Materialien ist das Schweißen von Kohlenstoffstahl. Beim Schweißen werden zwei Metallteile so zusammengefügt, dass eine enge Verbindung entsteht, die nur einen geringen oder keinen Spalt voneinander aufweist. Eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden wird dann durch Zusammenschmelzen der Stücke in einer schmalen, fokussierten Linie entlang der Vereinigung bei lokal hohen Temperaturen gebildet.
Der Kohlenstoffgehalt eines Kohlenstoffstahlprodukts bestimmt nicht nur seine Verarbeitungseigenschaften, sondern beeinflusst auch das Schweißen der Werkstoffe. Aus diesem Grund unterscheiden sich das Schweißen von Kohlenstoffstahl mit hohem und niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Ausmaß voneinander, das durch den Gesamtkohlenstoffgehalt des Metalls bestimmt wird. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Weichstahl, wie er allgemein bekannt ist, ist der einfachere Schweißbereich und macht den größten Teil des Kohlenstoffstahlschweißens in der Fertigung und im Bauwesen aus. Flussstahl kann unter Verwendung von herkömmlichem Lichtbogenschweißen, Autogenschweißen oder einem der Schutzgasschweißverfahren geschweißt werden.
Das Lichtbogen- oder Stabschweißen ist eine der beiden häufigsten Methoden zum Schweißen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Lichtbogenschweißgeräte erzeugen einen hohen elektrischen Strom, der durch zwei Kabel fließt, die an stromführenden und Erdungsklemmen des Geräts angeschlossen sind. Das stromführende Kabel hat an seinem Ende eine federbelastete Klemme, in die eine flussmittelbedeckte Elektrode eingeklemmt ist. Das Erdungskabel wird mit einer anderen Klemme an Metallwerkstücken befestigt. Wenn die Elektrode in die Nähe des Metalls gebracht wird, biegt sich der Strom auf das Metall und erzeugt einen stark fokussierten, lokalisierten Bereich intensiver Wärme.
Diese Wärme schmilzt die Metallwerkstücke am Schweißpunkt zusammen mit der Elektrode und dem Flussmittel, wobei das geschmolzene Flussmittelpool eine Oxidationskontamination der Schweißnaht verhindert. Das andere übliche Schweißverfahren für kohlenstoffarmen Stahl ist das Gasmetall-Lichtbogenschweißen (MIG). Dieser Vorgang funktioniert ähnlich wie das Lichtbogenschweißen, lediglich die Elektrode ist ein durchgehender Drahtstrang, der vom Schweißgerät zur Schweißstelle geführt wird. Ein konstanter Argongasstrom oder ein Argon / Helium-Gemisch wird auf die Schweißstelle geleitet, wodurch das Schweißbad vor Verunreinigungen geschützt wird. Gas-Wolfram-Lichtbogen-Schweißen oder WIG- und Autogen-Schweißen sind weniger gebräuchliche Schweißverfahren für kohlenstoffarmen Stahl.
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist aufgrund seiner Härte nützlich, eine Eigenschaft, die das Schweißen schwieriger macht als Weichstahl, da das Erhitzen des Metalls dazu neigt, es zu erweichen. Obwohl beim Schweißen von kohlenstoffhaltigem Stahl dieselben Schweißverfahren angewendet werden, unterscheiden sich die Vorbereitungs- und Nachschweißverfahren. Um ein Erweichen des Stahls beim Schweißen zu verhindern, werden die Teile nach dem Schweißen typischerweise kontrolliert vorgewärmt und abgekühlt. Das Ausmaß dieses Vorheiz- und Abkühlprozesses wird durch den Gesamtkohlenstoffgehalt des Stahls bestimmt.