Welchen Einfluss hat die Schweißleistung von 316L Edelstahl nach einer Kaltbehandlung?

Nach der Kaltverfestigung wird die Schweißbarkeit von 316L Edelstahl durch die kombinierte Wirkung von Gefügeänderungen, Spannungszuständen und Zusammensetzungssegregation beeinflusst, was möglicherweise zu folgenden Problemen führt: 

1. Erhöhtes Risiko von Schweißrissen

Der Einfluss der kaltverfestigten Struktur

Kaltverformung führt zu einer Erhöhung der Versetzungsdichte und einer Kornverzerrung. Beim Schweißen bewirkt der Wärmeeintrag, dass die Körner in lokalen Bereichen (z. B. in der Wärmeeinflusszone HAZ) schnell wachsen und grobes Martensit (restliches α’-Martensit infolge der verformungsinduzierten Phasenumwandlung) bilden, was die Sprödigkeit erhöht und es anfällig für Kaltrisse (wasserstoffinduzierte Risse) oder Heißrisse (Auseinanderreißen von eutektischen Phasen mit niedrigem Schmelzpunkt) macht. 

Beispiel: Beim Schweißen von Rohren mit einer Kaltziehverformung von über 20% kann der Martensitgehalt in der Wärmeeinflusszone 15% bis 20% erreichen, und die Rissempfindlichkeit erhöht sich deutlich. 

Überlagerung von Eigenspannungen

Die im Werkstück verbleibenden Zug-Eigenspannungen aus Kaltverformung und die Schweißspannungen (z. B. die Schrumpfspannungen beim Abkühlen der Schweißnaht) überlagern sich und verursachen eine höhere lokale Spannungskonzentration, die **Spannungskorrosionsrissbildung (SCC)** oder verzögerte Risse nach dem Schweißen verursachen kann.

II. Verstärkte Tendenz zur interkristallinen Korrosion

Risiko der Karbidausscheidung

Obwohl 316L ein ultra-niedrigkohlenstoffhaltiger Edelstahl ist (mit C ≤ 0,03 %), kann Kaltverformung eine Gitterverzerrung verursachen, die die Kohlenstoffdiffusion beim Schweißen beschleunigt. Wenn die Schweißwärmezufuhr zu hoch ist (z. B. beim Mehrlagenschweißen ohne Kontrolle der Zwischenlagentemperatur), kann Cr₂₃C₆ in der Wärmeeinflusszone im Empfindlichkeitstemperaturbereich (450 - 850°C) ausgeschieden werden, was zu einem Chrommangel an den Korngrenzen (Cr <12 %) und einer Abnahme der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion führt.

Der indirekte Einfluss der martensitischen Umwandlung

Das durch Kaltverformung erzeugte α’-Martensit ist von Natur aus ferromagnetisch und hat einen höheren Kohlenstoffgehalt als Austenit. Beim Schweißen kann der lokale Kohlenstoffkonzentrationsgradient die Ausscheidung von Karbiden fördern und damit die Korrosionsbeständigkeit weiter verschlechtern. 

III. Inhomogenität der mechanischen Eigenschaften

Leistungsunterschied zwischen Schweißnaht und Grundwerkstoff

Die Stärke des Grundwerkstoffs nach Kaltverarbeitung (z. B. kann σb 700 MPa erreichen) ist höher als die im herkömmlichen geglühten Zustand (σb beträgt ungefähr 500 MPa). Allerdings wird das Schweißzusatzmaterial (z. B. ER316L) normalerweise im geglühten Zustand abgestimmt, was dazu führt, dass das Schweißgut eine geringere Stärke als der Grundwerkstoff hat und eine inhomogene Verbindung entsteht. Unter Spannung neigt es an der Schweißnaht oder in der Wärmeeinflusszone zu plastischer Verformung. 

Verringerung der Zähigkeit

Die Kaltverarbeitung verringert die Zähigkeit des Grundwerkstoffs (z. B. die Schlagzähigkeit AKV) vom herkömmlichen Zustand von 200J auf 100 - 150J. Der Schweißwärmecycle verringert die Zähigkeit der Wärmeeinflusszone (insbesondere in der grobkörnigen Zone) weiter, was zu einer unzureichenden Gesamtzähigkeit der Verbindung führen kann. 

IV. Vorschläge zur Anpassung des Schweißprozesses

Um die Schweißbarkeit von kaltgearbeitetem 316L Edelstahl zu verbessern, muss der Prozess speziell optimiert werden: 

Vorschweißbehandlung

Wenn die Kaltverformung 15% überschreitet, wird empfohlen, vor dem Schweißen eine Spannungsarmglühung (400-500℃ für 1 Stunde) durchzuführen, um die innere Spannung und den Martensitgehalt zu reduzieren.

Reinigen Sie die Oberfläche gründlich von Ölverschmutzungen und Oxidschichten, um die Wasserstoffquelle zu reduzieren (um Kaltrisse zu vermeiden). 

Schweißparametersteuerung

Verwenden Sie Techniken mit niedrigem Wärmeeintrag (z. B. TIG-Schweißen, gepulster Strom) und halten Sie die Zwischenschichttemperatur unter 100℃, um Kornvergröberung und Karbidausscheidung zu minimieren.

Die bevorzugten Zusatzwerkstoffe sind ultra-niedrigkohlenstoffhaltige Schweißdrähte (z. B. ER316L) oder hochnickelhaltige Schweißdrähte (z. B. ER317L), die die Riss- und Korrosionsbeständigkeit verbessern. 

Nachschweißbehandlung

Für wichtige Bauteile führen Sie eine Lösungsglühung (Wasserabschreckung bei 1050℃) durch, um die Spannungen zu beseitigen und den Martensit wieder in Austenit umzuwandeln; oder verwenden Sie eine Kugelstrahlbehandlung, um auf der Oberfläche Druckspannungen einzubringen, um die Schweißzugspannungen auszugleichen. 

Zusammenfassung

Die Kaltverfestigung kann bei der Verschweißung von 316L Edelstahl Probleme wie erhöhte Rissempfindlichkeit, verringerte Korrosionsbeständigkeit und ungleichmäßige mechanische Eigenschaften verursachen. Diese Probleme können durch Maßnahmen wie Vorwärmen vor dem Schweißen, strenge Temperaturkontrolle, Optimierung der Zusatzwerkstoffe und Nachbehandlung nach dem Schweißen umfassend verbessert werden. In der praktischen Anwendung wird empfohlen, wenn die Kaltverformung über 25 % liegt, vorrangig geglühtes Grundmaterial für das Schweißen zu verwenden, um eine Verschlechterung der Leistung zu vermeiden.