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 Hochfrequenzschweißen von geraden Rohren wird die Kante des Rohrrohlings 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 Stickoxiden 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 zu einer schlechteren Qualität der Schweißnaht führt.

Je länger die Kante des erhitzten Rohlings der Luft ausgesetzt ist, desto geringer ist die Schweißgeschwindigkeit, was zur Bildung nichtmetallischer Oxide in tieferen Schichten führen kann. Diese tiefsitzenden nichtmetallischen Oxide lassen sich während des nachfolgenden Extrusionskristallisationsprozesses nur schwer vollständig aus der Schweißnaht verdrängen 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 ist die Oxidationszeit hingegen kurz, die entstehenden nichtmetallischen Oxide sind relativ gering und auf die Oberflächenschicht beschränkt. Sie lassen sich während des nachfolgenden Extrusionsprozesses leicht aus der Schweißnaht verdrängen, sodass nur geringe Mengen an nichtmetallischen Oxidrückständen in der Schweißnaht verbleiben und eine hohe Schweißnahtfestigkeit erzielt wird.

Kristallisationsphase: Gemäß den Prinzipien der Metallurgie ist für hochfeste Schweißnähte eine möglichst feine Kornstruktur erforderlich. Der grundlegende Ansatz zur Kornverfeinerung besteht darin, innerhalb kurzer Zeit genügend Kristallkeime zu bilden, die miteinander in Kontakt treten, bevor sie signifikant wachsen 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: Sowohl während der Heizphase als auch nach dem Abkühlen gilt – bei Einhaltung der grundlegenden Schweißbedingungen – je höher die Schweißgeschwindigkeit, desto besser die Qualität der Schweißnaht.