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Vorwärmtemperatur

Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Stähle

Umwandlungsfähige Stähle (Umwandlung des Stahls von - γ- zu α-Ferrit) neigen bei erhöhten Abkühlgeschwindigkeiten, wie sie beim Schweißen auftreten, zur Aufhärtung in der WEZ (Wärmeeinflusszone). Die erreichbare Härte und damit die Gefahr von Kaltrissen hängt im Wesentlichen von diesen Faktoren ab:

  • Erzeugnisdicke
  • zwei- oder dreidimensionale (z.B. T- Stoß) Wärmeableitung
  • Legierungselemente und deren Gehalte
  • Wärmeeinbringung des Schweißverfahrens
  • Bauteiltemperatur

Die im folgenden beschriebenen Vorgehensweisen zeigen in unterschiedlicher Weise, wie die zur Vermeidung von Kaltrissen notwendige Vorwärmtemperatur bestimmt werden kann.

Grobe Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Stähle

Das folgende Schema gibt grobe Anhaltswerte für die Bestimmung der Vorwärmtemperatur, insbesondere für allgemeine Bau- und Maschinenbaustähle.

Stufe I: 20 bis 150 °C

Bei gut schweißgeeigneten Stählen beim Schweißen um oder unter 0 °C,
Vorwärmtemperatur gut handwarm
Achtung: bei örtlichem Anwärmen Wärmespannungen!
Bei gut schweißgeeigneten Stählen bei größeren Wanddicken z.B.: S355...: t > 20 bis 25 mm.
Unlegierte Stähle mit einem C-Gehalt von ca. 0,2 bis 0,25 %
Stähle mit C deutlich unter 0,2 % und sehr niederem Gehalt an Legierungselementen
z.B.: 15Mo3

Stufe II: 100 bis 300 °C

Hauptanwendungsbereich des Vorwärmens niedriglegierter Stähle mit C 0,2 % (0,25),
z.B. 13CrMo4-5
Unlegierte Stähle mit C = 0,2 bis 0,5 %; z.B.: C35

Stufe III: über 300 °C

Normal nicht oder wenig schweißgeeignete Werkstoffe.
Für die Bestimmung der Vorwärmtemperatur ist es hilfreich, fachlichen Rat einzuholen.
Unlegierte Stähle C > 0,5 %; z.B.: C100W1
Legierte Stähle C > 0,2 - 0,25 %; z.B.: 51CrV12

 

Regeln:

Grundzähigkeit des Werkstoffes, Wanddicke, Nahtform, Schweißverfahren, Schweißgeschwindigkeit usw. sind bei der Bestimmung der Vorwärmtemperatur mit zu berücksichtigen. Vorversuche sind, wenn möglich, zu empfehlen.
Früher galt die Regel: "bei Reparaturen besser höher Vorwärmen". Heute kann diese Aussage nicht mehr pauschal gemacht werden, da besonders bei Feinkornbaustählen durch zu hohes Vorwärmen die Zähigkeit der Schweißverbindung vermindert wird. Ebenso können Stähle, die zu Ausscheidungen auf den Korngrenzen neigen, durch zu hohes Vorwärmen verspröden.
Bei Serienfertigung ist durch Versuche oder genauere Verfahren (siehe unten) die niedrigste Vorwärmtemperatur zu ermitteln (Kosten).

Bestimmung der Vorwärmtemperatur für warmfeste Stähle

Das SEW 086 gibt Anhaltswerte für das Vorwärmen von un- und niedriglegierten, warmfesten Stählen, wie sie z.B. im Dampfkesselbau Verwendung finden.

Lfd.-Nr.
Stahlsorte
Wanddicke
mm
Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur °C
mindestens
1
St 35.8,St 45.8
St 37.8, St 42.8
H I, H II
C 22.8
17 Mn 4
<= 30

> 30

51)

100

2
19 Mn 6
<= 30
> 30
51)

80
3
19 Mn 5
20 Mn 5

<= 15
15 < t <= 30
> 30

51)
51)2)
125
4
15 Mo 3
<=15
15 <t <= 30
> 30
51)
51)2)
100
5
13 CrMo 4 4
8 < t <= 30
> 30
1503)
200
6
10 CrMo 9 10
8 < t <= 30
> 30
2003)
250
7
14 MoV 6 3
<= 15
> 15
150
200
8
X 20 CrMo V 12 1
<= 8
> 8
2004)
a)2504)5)
b)4004)6)7)




1)

Feuchtigkeit und Witterungsumstände sind vom Schweißbereich fernzuhalten.
2) mindestens 75° C beim Schweißen mit rutilumhüllten Stabelektroden.
3) Bei Wanddicken <= 8 mm werden die Stahlsorten 13 CrMo 4 4 und 10 CrMo 9 10 vorwiegend nach dem WIG-Verfahren geschweißt. Hierbei ist eine Vorwärmtemperatur von mindestens 5° C einzuhalten. Beim Wurzelschweißen mit rutilumhüllten Stabelektroden soll die Vorwärmtemperatur mindestens 150° C sein.
4) Es wird empfohlen, eine Haltetemperatur von 200° C nicht zu unterschreiten. Nach dem Schweißen muß vor der Wärmebehandlung auf eine Temperatur unter 130° C, jedoch nicht unter 80° C abgekühlt werden. Einfache Stumpfschweißverbindungen mit Wanddicken bis rd. 10 mm können nach dem Schweißen bis auf Raumtemperatur abkühlen, bevor sie auf Glühtemperatur gebracht werden.
5) Schweißen im Martensitbereich. Hierbei sollen in der Regel Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur 300° C nicht überschreiten.
6) Schweißen im Austenitbereich. Hierbei sollen in der Regel Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur 450° C nicht überschreiten.
7) Zum Schweißen der Wurzellage nach dem WIG-Verfahren ist auf mindestens 250° C vorzuwärmen.


Bestimmung der Vorwärmtemperatur für Feinkornbaustähle nach SEW 088

Die folgende Darstellung gibt einen Überblick über die Inhalte des SEW 088. Das Blatt enthält natürlich über die im Folgenden beschrieben Inhalte noch weitere Informationen.
Kaltrissuntersuchungen haben gezeigt, dass das in den einschlägigen Normen enthaltene Kohlenstoffäquivalent CEV nicht allgemein zutrifft. Nach SEW 088 besitzt das folgende Kohlenstoffäuqivalent insbesondere für Feinkornbaustähle eine höhere Aussagekraft.

Kohlenstoffäquivalent: Kohlenstoffäquivalent Berechnung in [%] (1)

Die beim Schweißen eingebrachte Wärme kann mittels Gleichung (2) bestimmt werden.

Wärmeeinbringung: Wärmeeinbringung in Wärmeeinbringung Schweissen berechnen (2)

mit:
U = Schweißspannung
I = Schweißstrom
v = Schweißgeschwindigkeit
k = thermischer Wirkungsgrad
[V]
[A]
[cm/min]

Die für den entsprechenden Werkstoff (CET) notwendige Mindestvorwärmtemperatur Tv bzw. Mindestzwischenlagentemperatur TZ kann durch folgende Gleichung (3) bestimmt werden.

Mindestvorwärmtemperatur Berechnen Formel (3)

mit: d = Erzeugnisdicke
HD = Wasserstoffgehalt
[mm]
[cm^3/100g]

Als Grenzwanddicke für das Vorwärmen unter üblichen Schweißbedingungen gilt in Abhängigkeit des Kohlenstoffäquivalents:

CET in %
Grenzdicke in mm
0,18
0,22
0,26
0,31
0,34
0,38
0,40
60
50
40
30
20
12
8

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