Der Zusammenhang zwischen Schweißgeschwindigkeit und Schweißqualität

Die Beziehung zwischen Schweißen Geschwindigkeit und Schweißqualität müssen dialektisch betrachtet und dürfen nicht vernachlässigt werden. Sie manifestieren sich hauptsächlich in der Aufheiz- und Kristallisationsphase.

Aufheizphase: Beim Hochfrequenz-Geradnahtschweißen von Rohren wird die Kante des Rohlings von Raumtemperatur auf Schweißtemperatur erhitzt. Während dieser Phase ist die Kante ungeschützt und der Luft vollständig ausgesetzt. Dadurch reagiert sie heftig mit Sauerstoff, Stickstoff usw. in der Luft, was zu einem deutlichen Anstieg von Stickstoff und Oxiden in der Schweißnaht führt. Messungen zufolge erhöht sich der Stickstoffgehalt in der Schweißnaht um das 20- bis 45-Fache und der Sauerstoffgehalt um das 7- bis 35-Fache. Gleichzeitig verbrennen und verdampfen Legierungselemente wie Mangan und Kohlenstoff, die für die Schweißnaht vorteilhaft sind, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht führt. Daraus lässt sich schließen, dass in diesem Sinne eine geringere Schweißgeschwindigkeit mit einer schlechteren Qualität der Schweißnaht einhergeht. Darüber hinaus kann eine längere Exposition der Kante des erhitzten Rohlings an der Luft bei geringerer Schweißgeschwindigkeit die Bildung von nichtmetallischen Oxiden in tieferen Schichten begünstigen. Diese tiefsitzenden, nichtmetallischen Oxide lassen sich während des nachfolgenden Extrusionskristallisationsprozesses nur schwer vollständig aus der Schweißnaht entfernen und verbleiben nach der Kristallisation als nichtmetallische Einschlüsse in der Schweißnaht. Dadurch entsteht eine deutlich brüchige Grenzfläche, die die Kontinuität der Schweißnahtstruktur beeinträchtigt und die Festigkeit der Schweißnaht mindert. Bei hoher Schweißgeschwindigkeit und kurzer Oxidationszeit sind die entstehenden nichtmetallischen Oxide relativ gering und auf die Oberflächenschicht beschränkt. Sie lassen sich während des nachfolgenden Extrusionsprozesses leicht aus der Schweißnaht entfernen, sodass nur geringe Mengen an nichtmetallischen Oxidrückständen in der Schweißnaht verbleiben und somit eine hohe Schweißnahtfestigkeit erzielt wird.

Kristallisationsphase: Gemäß den Prinzipien der Metallurgie ist für hochfeste Schweißnähte eine möglichst feine Kornstruktur der Schweißnaht erforderlich. Der grundlegende Ansatz zur Kornverfeinerung besteht darin, innerhalb kurzer Zeit genügend Kristallkeime zu bilden, die vor einem signifikanten Wachstum miteinander in Kontakt treten und den Kristallisationsprozess abschließen. Dies erfordert eine höhere Schweißgeschwindigkeit, um die Schweißnaht schnell aus der Heizzone zu entfernen und so eine rasche Kristallisation bei höherer Unterkühlung zu ermöglichen. Mit zunehmender Unterkühlung steigt die Keimbildungsrate deutlich an, während die Wachstumsrate geringer ausfällt. Dadurch wird die Korngröße der Schweißnaht verfeinert. Daher gilt: Je schneller die Schweißung – sowohl während der Heizphase als auch nach dem Abkühlen – erfolgt, desto besser.Je höher die Schweißgeschwindigkeit (g), desto besser die Qualität der Schweißnaht, vorausgesetzt, die grundlegenden Schweißbedingungen sind erfüllt.