Ziel der Entwicklung
Das Ziel des Vorhabens war es, das Schweißen von Duplexstählen mittels WIG-Stichlochverfahren zu qualifizieren. Duplexstähle verbinden die Korrosionsbeständigkeit konventioneller „hochlegierter Edelstähle“ mit verbesserten mechanischen Eigenschaften bei einem geringeren Gehalt an kostenintensiven Legierungselementen, wie zum Beispiel Nickel.
Bedarf seitens der Industrie besteht an einem effizienten Fügeverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden unter Beibehaltung der Werkstoffeigenschaften auch in der Fügezone. Das WIG-Stichlochschweißen bietet Vorteile hinsichtlich der Nahtvorbereitung und der Anzahl der zu schweißenden Lagen. Für einzelne Werkstoffe (zum Beispiel Titan) konnten Einsparung bezüglich der Schweißzeit um Faktor 10 nachgewiesen werden.
Im Vorhaben war deshalb der Schweißprozess, dessen Verfahrensprinzip bereits nachgewiesen ist, bezüglich der Prozessrandbedingungen und -parameter durch wissenschaftlich abgesicherte Untersuchungen für Duplexstähle zu qualifizieren. Um die Bandbreite der verfügbaren Duplexstähle abdecken zu können, wurden Halbzeuge (Bleche) aus den austenitisch-ferritischen korrosionsbeständigen Stählen X2CrNiN23-4 (1.4362, Lean-Duplex) und X2CrNiMoN22-5-3 (1.4462, Standard-Duplex) mit unterschiedlichen Blechdicken (3, 5, 10, 15 mm) verwendet. Des Weiteren erfolgte sowohl ein Einbeziehen des Einflusses verschiedener Schutzgaszusammensetzungen auf den Schweißprozess als auch des Pulsens der elektrischen Leistung auf das resultierende Gefüge in die Untersuchungen.
Vorteile und Lösungen
Der WIG-Stichlochschweißprozess ist ein erst vor wenigen Jahren entwickeltes Verfahren. Aus diesem Grund ist es bisher größenteils noch nicht bekannt, wenngleich es in direkter Konkurrenz zum Plasma- und Laserstrahlschweißen steht. Im Vergleich zu diesen beiden Verfahren ist die Anlagentechnik deutlich einfacher aufgebaut und kostengünstiger.
Neben der eigentlichen Investition sind auch die Betriebskosten (unter anderem für Stromverbrauch) zu beachten. Das WIG-Stichlochschweißen besitzt einen hohen elektrischen Wirkungsgrad. Des Weiteren ergeben sichbeim Laserstrahlschweißen von Duplexstählen durch die hohen Abkühlgeschwindigkeiten ungünstige Gefügezustände (Ausbildung intermetallischer Phasen) im Bereich der Wärmeeinflusszone. Weiterhin kann auf eine aufwendige Nahtvorbereitung verzichtet werden, da im Vergleich zu Laserprozessen keine technischen Nullspalte notwendig sind.
Damit Endanwender das Potential und die Vorteile nutzen können, bedarf es einerseits wissenschaftlich abgesicherter Erkenntnisse, beispielsweise bezüglich der resultierenden Eigenschaften in der Fügezone, sowie zum anderen Anwendungshinweisen. Die erzielten Ergebnisse wurden daher in Form von Schweißanweisungen anwenderfreundlich aufbereitet, sodass ein wirtschaftliches Fügen der Werkstoffgruppe Duplexstähle, angepasst an das charakteristische Gefüge aus Austenit und Ferrit, sowie den resultierenden mechanischen-technologischen Eigenschaften, mittels WIG-Stichlochprozess möglich ist. Das Verfahren wird durch Veröffentlichung der Ergebnisse potentiellen Anwendern bekannt gemacht.
Zielgruppe und Zielmarkt
In das Vorhaben konnten viele Unternehmen aufgrund des großen Interesses am neuen Schweißprozess aktiv eingebunden werden. Die für den Prozess notwendigen Schweißsysteme (Brenner, Stromquelle) werden von mehreren Herstellern angeboten und die Anwendung des WIG-Stichlochschweißens nimmt, unabhängig vom Werkstoff, stetig zu. Mit den Ergebnissen wurde ein Beitrag geleistet, die Werkstoffpalette auf Duplexstähle zu erweitern.
Das Hauptziel des wirtschaftlichen Vermarktungskonzeptes besteht darin, kleinen und mittelständischen Unternehmen Möglichkeiten zu erschließen, beispielesweise um qualitativ hochwertige Produkte mit verbesserten Gebrauchseigenschaften aus Duplexstählen wirtschaftlich herstellen zu können.
Das fürs ifw erarbeitete Verwertungskonzept sieht vor, die im Vorhaben erarbeitete Schweißvariante auch in weiteren Industriezweigen und für andere Werkstoffe einzusetzen. Es wird eingeschätzt, dass nach Vorhabensabschluss vermehrt Forschungsanfragen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Duplexstählen und dem WIG-Stichlochverfahren ans Institut herangetragen werden.