Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer wirtschaftlicheren Prozessführung für das UP-Schweißen ferritisch-austenitischer Legierungen unter Berücksichtigung der metallurgischen Besonderheiten

Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens besteht in der Ermittlung einer Prozessführung für ein wirtschaftliches UP-Schweißen mit zusätzlicher Drahtzufuhr von vier industriell relevanten Vertretern ferritisch-austenitischer Legierungen bei Gewährleistung der im Normenwerk geforderten werkstoffspezifischen Kennwerte. Die aktuell verfügbaren Lean- und Standardduplexstähle gelten bei Beachtung der Verarbeitungshinweise allgemein als gut schweißgeeignet. Mit zunehmenden Legierungsanteilen (Superduplexstahl) und einem hohen Wärmeeinbringen (UP-Schweißen) nimmt die Gefahr der Bildung von unerwünschten intermetallischen Phasen, 475°-Versprödung und Mo-Seigerungen in den Schweißnähten signifikant zu. Dies führt zum Nicht-Erreichen von geforderten Kennwerten für mechanisch-technologische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit. Zum Erzielen dem Regelwerk konformer Gütewerte sollen daher die metallurgischen Potentiale einer zusätzlichen Drahtzufuhr beim UP-Schweißen von ferritisch-austenitischen Stählen untersucht und genutzt werden. Die angestrebte Generierung der geforderten Kennwerte direkt aus dem UP-Schweißprozess mit zusätzlicher Drahtzufuhr heraus ermöglicht darüber hinaus die Einsparung von zeit- und kostenaufwendigen Wärmenachbehandlungen bei der Herstellung dickwandiger Rohre, da der Glühprozess der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Fertigungskette ist.

Da die Anlagentechnik für das UP-Schweißen in den meisten Firmen bereits vorhanden ist, sind nur geringe Investitionskosten zur Beschaffung der Kalt-/Heißdrahttechnik notwendig. Daher ist mit einer schnellen Umsetzung der Ergebnisse in KMU zu rechnen. Anhand der im Projekt durchgeführten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung können Firmen notwendige Investitionskosten direkt mit den Einsparpotentialen gegenüberstellen und die für ihr Produkt effizienteste Technik wählen. Damit verbunden sind signifikante Kosteneinsparungen.

Anhand der im Projekt durchgeführten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung können KMU notwendige Investitionskosten für die jeweilige Verfahrensvariante direkt den möglichen Einsparpotentialen gegenüberstellen und die für ihr Produkt effizienteste Technik wählen. Gerade für KMU besteht somit die Möglichkeit, ihren technologischen Vorsprung gegenüber dem internationalen Wettbewerb weiter auszubauen.

Ergebniszusammenfassung:

Die übergeordnete Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die Ermittlung einer Prozessführung für ein wirtschaftlicheres UP-Schweißen mit zusätzlicher Drahtzufuhr bei Gewährleistung der im Normenwerk geforderten werkstoffspezifischen Kennwerte. Hierfür erfolgte die systematische Untersuchung der Einflüsse von Zusatzdraht und Prozessparameter auf die metallurgischen, mechanisch-technologischen und korrosiven Kennwerte der Schweißnaht.

Beim UP-Schweißen dickwandiger Duplexstähle lässt sich durch Zugabe eines Kaltdrahtes im Rahmen des werkstofflich maximal zulässigen Wärmeeinbringens die Abschmelzleistung steigern. Der maximal zuführbare Kaltdrahtanteil ist dabei von der Streckenenergie abhängig. Die gesteigerte Abschmelzleistung infolge des Zusatzdrahtes mündet in einer Einsparung an Schweißraupen (UP-Eindraht-Prozess) bzw. in einer Steigerung der Schweißgeschwindigkeit (UP-Doppeldraht-Prozess). Daraus resultieren eine Reduktion der Fertigungszeiten und somit der Maschinenbelegungszeiten.

Eine Wärmenachbehandlung des Schweißgutes wird für spezielle Anwendungen durch normative Vorgaben gefordert, ist jedoch zum Erreichen der erforderlichen Werkstoffkennwerte nicht zwingend notwendig. Die im Projekt durchgeführten Versuchsschweißungen führten bereits im Schweißzustand zum Erreichen der geforderten Kennwerte.

Eine Nutzung der Forschungsergebnisse ist in den Fachgebieten Werkstoffe, Materialien und Produktion zu erwarten. Von den Ergebnissen profitieren alle Hersteller und Verarbeiter von Duplex-Werkstoffen sowohl aus den Bereichen des Maschinen-, Apparate- und Anlagenbaus, als auch im Bereich der Herstellung geschweißter Rohre für den Rohrleitungsbau. Im Rahmen des Projektes konnte aufgezeigt werden, dass durch den Einsatz der Kaltdrahttechnologie Schweißverbindungen mit guten mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie guter Korrosionsbeständigkeit erzeugt werden können und gleichzeitig die Produktivität gesteigert werden kann.