Lösung häufiger Schweißrissprobleme bei Nickel-Legierungsrohren: Ein praktischer Leitfaden

Lösung häufiger Schweißrissprobleme bei Nickel-Legierungsrohren: Ein praktischer Leitfaden

Das Schweißen von Nickel-Legierungsrohren, wie z. B. aus Legierung 625, C-276, 400 oder 600, ist eine kritische Aufgabe in Branchen von der chemischen Verarbeitung bis zum Offshore-Öl- und Gassektor. Diese Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit gewählt, aber ihr Schweißverhalten unterscheidet sich deutlich von Kohlenstoffstahl oder nichtrostendem Stahl.

Risse während oder nach dem Schweißen sind ein kostspieliges und gefährliches Problem. Dieser Leitfaden verzichtet auf Theorie und bietet einen direkten, praktischen Ansatz zur Vermeidung und Behebung der häufigsten Schweißrisse.

Warum Nickel-Legierungen reißen: Die Ursachen

Bevor Sie sich mit Lösungen befassen, sollten Sie die beiden Hauptursachen verstehen:

1. Kontamination: Nickellegierungen sind äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Schon geringe Mengen an Schwefel, Blei, Phosphor oder anderen niedrigschmelzenden Elementen können Risse verursachen.

2. Hohe Restspannungen: Nickellegierungen weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine höhere thermische Ausdehnung als Kohlenstoffstahl auf. Dies führt nach dem Schweißen zu höheren Restspannungen, die die Schweißnaht auseinanderziehen können, wenn sie nicht kontrolliert werden.

Häufige Rissarten erkennen und beheben

1. Heiße Risse (Erstarrungsrisse)

• Das sieht man: Interkristalline Risse, die im Schweißgut selbst während der Erstarrung entstehen. Sie befinden sich oft in der Mitte der Schweißnaht.

• Hauptursache: Verunreinigung (durch das Grundmaterial, das Zusatzwerkstoff oder die Umgebung) oder eine falsche Schweißchemie, die eine anfällige Mikrostruktur erzeugt.

Praktische Vorbeugung und Lösungen:

• Sorgfältige Sauberkeit ist unverzichtbar: Dies ist die Nummer-1-Regel.

  • Reinigen Sie die innere und äußere Oberfläche des Rohrs, die Schweißnahtfuge und angrenzende Bereiche mit einer speziellen Drahtbürste aus Edelstahl.

  • Entfetten Sie alle Komponenten mit einem Lösungsmittel wie Aceton, um Öle, Farben und Fette vollständig zu entfernen. Vermeiden Sie chlorierte Lösungsmittel, wenn möglich.

• Kontrollierte Fugengestaltung und Wärmeenergieeintrag:

  • Wählen Sie eine Fugengestaltung, die die Einspannung minimiert und eine gute Durchschweißung bei geringem Schweißaufwand ermöglicht.

  • Verwenden Sie eine niedrige bis mittlere Wärmezufuhr. Eine hohe Wärmezufuhr vergrößert den Schmelzbadbereich und fördert die Ausscheidung von Verunreinigungen, wodurch Risse begünstigt werden. Befolgen Sie die vom Hersteller des Zusatzwerkstoffs empfohlenen Parameter.

• Wählen Sie den richtigen Zusatzwerkstoff:

  • Verwenden Sie einen „überlegierten“ Zusatzwerkstoff, der rissbeständig ist. Verwenden Sie beispielsweise einen ERNiCrMo-3 (Legierung 625) zusatzwerkstoff für das Schweißen vieler gängiger Nickel-Chrom-Legierungen. Diese Zusatzwerkstoffe enthalten Elemente wie Niob (Nb), die während der Erstarrung helfen, die Korngrenzen „zu heilen“.

2. Duktilitätsminimale Rissbildung (DDC)

• Das sieht man: Feine, interkristalline Risse im Schweißgut oder unmittelbar nahe der Verschmelzungslinie, die typischerweise bei Temperaturen deutlich unterhalb der Erstarrungstemperatur auftreten.

• Hauptursache: Dies geschieht, wenn die Duktilität des Schweißguts während des Abkühlens am niedrigsten ist und sie den thermischen Schrumpfungsbelastungen nicht standhalten kann.

Praktische Vorbeugung und Lösungen:

• Wählen Sie ein DDC-beständiges Zusatzmaterial: Dies ist die effektivste Strategie. Zusatzwerkstoffe wie ERNiCrFe-7 (FM-52) und ERNiCrCoMo-1 (Legierung 617) sind speziell mit verfeinerter Kornstruktur und chemischer Zusammensetzung formuliert, um DDC entgegenzuwirken.

• Kontrollierte Schweißtechnik:

  • Verwenden Sie einen stringer-Bead technik anstelle eines breiten, schweifenden Tropfens. Schweifen erhöht die gesamte Wärmeeinbringung und die Zeit, die das Metall im kritischen Temperaturbereich mit geringer Duktilität verbringt.

  • Geben Sie zwischen den Lagen ausreichend Zeit vor, um die Zwischenschichttemperatur zu kontrollieren (typischerweise unter 150 °C / 300 °F für viele Legierungen). Dadurch wird der thermische Spannungszyklus gesteuert.

3. Spannungs-Risskorrosion (SAC)

• Das sieht man: Risse in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) von ausscheidungshärtenden Nickellegierungen (PH-Nickellegierungen) (wie Legierung X-750) nach dem Schweißen oder während des Betriebs bei hohen Temperaturen.

• Hauptursache: Die HAZ wird durch den thermischen Schweißzyklus gehärtet. Bei anschließender Erwärmung (zur Spannungsentlastung oder als PWHT) verstärkt sich das Grundmaterial schneller, als die HAZ durch Kriechen entspannt werden kann, wodurch Risse unter Eigenspannungen entstehen.

Praktische Vorbeugung und Lösungen:

• Verwenden Sie ein lösungsgeglühtes Grundmaterial: Stellen Sie sicher, dass das Rohr vor dem Schweißen im lösungsgeglühten Zustand ist.

• Ändern Sie den PWHT-Zyklus:

  • Erhitzen Sie so schnell wie möglich auf die Alterungstemperatur, um zu vermeiden, dass im Bereich der mittleren Rissbildungstemperatur verweilt wird.

  • In extremen Fällen kann eine vollständige Lösungsglühbehandlung nach dem Schweißen (jedoch vor der Alterung) notwendig sein, obwohl dies bei großen Rohrsystemen oft unpraktisch ist.

• Verwenden Sie einen Weichschweißzusatzwerkstoff: Wenden Sie einen Zusatzwerkstoff an, der weicher ist als das gehärtete Grundmaterial (z. B. AWS ERNiFeCr-1 für Legierung X-750). Dadurch kann das weichere Schweißgut nachgeben und die Beanspruchung aufnehmen, wodurch Risse in der Wärmeeinflusszone (WEZ) vermieden werden.

Ihre praktische Schweißverfahrens-Checkliste

Um von vornherein Risse zu vermeiden, erstellen Sie Ihr Verfahren anhand dieser Checkliste:

Was tun, wenn ein Riss gefunden wird

1. Schweißen stoppen: Versuchen Sie nicht, einen Riss einfach „drüberzuschweißen“.

2. Riss vollständig entfernen: Verwenden Sie eine Schleifmaschine oder Druckluftfassmaschine, um den gesamten Riss zu entfernen. Überprüfen Sie die vollständige Entfernung mithilfe einer Eindringprüfung (PT oder Farbprüfung).

3. Ursache ermitteln: War es Verschmutzung? Zu hohe Wärmeeinbringung? Der falsche Zusatzwerkstoff? Führen Sie kein erneutes Schweißen durch, bevor Sie die Ursache für den Riss kennen.

4. Nachschweißen: Sobald die Ursache behoben ist und der Fehler vollständig entfernt wurde, schweißen Sie die betroffene Stelle mit dem korrekten Verfahren erneut.

Fazit: Es geht um Kontrolle

Das Schweißen von Nickellegierungsrohren gelingt nicht durch rohe Gewalt, sondern durch Kontrolle und Präzision. Indem Sie auf makellose Sauberkeit , kontrollierte Wärmezufuhr , und der die Auswahl des richtigen Zusatzwerkstoffs achten, können Sie kontinuierlich fehlerfreie, rissfreie Schweißnähte erzeugen, die die Integrität und Langlebigkeit Ihrer Hochleistungsrohrsysteme sicherstellen.

Befolgen Sie stets qualifizierte Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) und investieren Sie in die Schulung der Schweißer, um das „Warum“ hinter diesen spezifischen Arbeitsweisen zu verstehen.