Was verursacht Schweißfehler und wie man damit umgeht

Oct 12, 2024

Eine Nachricht hinterlassen

Als wesentlicher Bestandteil der modernen Fertigung wirkt sich die Qualität des Schweißens direkt auf die Gesamtleistung und Sicherheit der Produkte aus. Aufgrund verschiedener Faktoren während des Schweißprozesses treten jedoch häufig verschiedene Schweißfehler auf. Diese Mängel beeinträchtigen nicht nur die Festigkeit, Haltbarkeit und das Aussehen der Schweißverbindungen, sondern können auch zu schwerwiegenden Sicherheitsvorfällen führen. Daher ist das Verständnis der Ursachen von Schweißfehlern und ihrer Behebung von großer Bedeutung für die Verbesserung der Schweißqualität und die Sicherstellung der Produktleistung.

Welding Defects

▲ Schweißfehler

I Klassifizierung von Schweißfehlern

Schweißfehler können anhand ihrer Position in der Schweißnaht in zwei Typen eingeteilt werden: äußere Fehler und innere Fehler. Äußere Mängel, auch Erscheinungsfehler genannt, befinden sich auf der Oberfläche der Schweißnaht und können mit bloßem Auge oder bei geringer Vergrößerung beobachtet werden, wie z. B. Hinterschneidungen, Schweißspritzer, Konkavitäten, Schweißverformungen, Oberflächenporosität und Oberflächenrisse. Innere Mängel finden sich innerhalb der Schweißnaht und können nur durch zerstörende Prüfungen oder spezielle zerstörungsfreie Prüfmethoden erkannt werden, wie z. B. mangelnde Verschmelzung, unvollständige Durchdringung, innere Porosität, Schlackeneinschlüsse und Risse.

II Ursachen von Schweißfehlern

1. Äußere Mängel

(1) Unterbietung

Unter Unterätzung versteht man Vertiefungen oder Rillen, die an den Rändern der Schweißnaht zurückbleiben, nachdem das Grundmetall durch den Lichtbogen oder die Flamme geschmolzen und nicht mit Schweißgut gefüllt wurde. Zu den Hauptursachen gehören ein zu hoher Schweißstrom, ein zu langer Lichtbogen, ein falscher Winkel oder eine falsche Bewegung der Elektrode (Schweißdraht) sowie eine falsche Schweißgeschwindigkeit.

Undercutting

▲ Unterbietung

(2) Schweißspritzer

Unter Schweißspritzern versteht man das geschmolzene Schweißgut, das während des Schweißprozesses bei unzureichender Hitze auf den Grundwerkstoff oder die Schweißnahtwurzel fließt und Metallklumpen bildet, die nach dem Abkühlen nicht mit dem Grundwerkstoff verschmelzen. Zu den Ursachen gehören schlechte Elektrodenqualität, zu hoher Schweißstrom, zu langer Lichtbogen, langsame Schweißgeschwindigkeit sowie falscher Elektrodenwinkel und -bewegung.

Weld Spatter

▲ Schweißspritzer

(3) Konkavitäten und Schweißverformungen

Konkavitäten werden normalerweise dadurch verursacht, dass die Elektrode (Schweißdraht) beim Beenden des Lichtbogens nicht für kurze Zeit gehalten wird, was zu Lichtbogenkratern führt. Schweißverformungen können durch unzureichende Vorbereitung, schlechte Vorrichtungen oder unzureichende Bedienkenntnisse verursacht werden.

Concavities and Welding Deformations

▲ Konkavitäten und Schweißverformungen

(4) Oberflächenporosität

Oberflächenporosität entsteht, wenn das Gas beim Schweißen nicht vollständig aus dem Schweißbad entweicht und Löcher auf der Oberfläche des Schweißguts entstehen. Zu den Hauptursachen gehören die Nichtübereinstimmung der Schweißmaterialien und Werkstücke mit den Prozessanforderungen, ein niedriger Schweißstrom, eine zu hohe Schweißgeschwindigkeit, ein zu langer Lichtbogen und ein unzureichender Schutz des Schweißbereichs.

2. Interne Mängel

(1) Mangelnde Fusion und unvollständige Durchdringung

Unter mangelnder Verschmelzung versteht man Bereiche, in denen das Schweißgut nicht mit dem Grundwerkstoff oder zwischen den Schichten der Schweißnaht verschmilzt. Unter unvollständiger Durchdringung versteht man, dass die Verbindungswurzel beim Schweißen nicht vollständig verschweißt wird. Diese Mängel werden durch unzureichenden Schweißstrom, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, schlechtes Nutdesign, falschen Elektrodenwinkel und unzureichende Schweißtechnik verursacht.

Lack of Fusion and Incomplete Penetration

▲ Mangelnde Fusion und unvollständige Durchdringung

(2) Schlackeneinschlüsse

Unter Schlackeneinschlüssen versteht man die nach dem Schweißen in der Schweißnaht verbleibende Restschlacke. Zu den Ursachen zählen niedriger Schweißstrom, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, unsaubere Werkstückoberflächen, unvollständige Schlackenentfernung beim Mehrlagenschweißen und schlechte Elektrodenqualität.

Slag Inclusions

▲ Schlackeneinschlüsse

(3) Risse

Risse gehören zu den gefährlichsten Mängeln an Schweißverbindungen und die Ursachen sind komplex und vielfältig. Dazu gehören eine schlechte Schweißtechnik, falsche Schweißspezifikationen, hohe innere Spannungen in der Schweißnaht, eine hohe Rissempfindlichkeit des Materials und eine schlechte Qualität der Zusatzwerkstoffe. Darüber hinaus werden verschiedene Arten von Rissen, wie z. B. Heißrisse, Kaltrisse und Nacherwärmungsrisse, durch unterschiedliche Faktoren verursacht.

Cracks

▲ Risse

III Abhilfe bei Schweißmängeln

1. Externe Mängelbeseitigung

(1) Unterbietung

Kleinere und flache Hinterschneidungen können mechanisch geglättet werden, um einen fließenden Übergang zu schaffen. Starke und tiefe Unterätzungen sollten durch Schweißen repariert werden. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören die Auswahl geeigneter Schweißprozessparameter, die Steuerung der Lichtbogenlänge und die Beherrschung der erforderlichen Elektrodenbewegungstechniken.

(2) Schweißspritzer

Schweißspritzer können durch mechanisches Schleifen entfernt werden und die Schweißnaht sollte erneuert werden, um die Glätte wiederherzustellen. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören die Wahl des richtigen Schweißstroms und Elektrodenwinkels sowie die Aufrechterhaltung einer konstanten Schweißgeschwindigkeit.

(3) Konkavitäten und Schweißverformungen

Einwölbungen und Schweißverformungen können durch Schleifen, mechanisches Richten oder Wärmebehandlung korrigiert werden. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören die ordnungsgemäße Vorbereitung vor dem Schweißen, die Verwendung qualifizierter Vorrichtungen und Maßnahmen zur Beseitigung verbleibender Verformungen.

(4) Oberflächenporosität

Oberflächenporosität kann durch Schleifen und erneutes Schweißen entfernt werden, um die Hohlräume zu füllen. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören die Reinigung der Schweißmaterialien und Werkstücke, die Auswahl geeigneter Schweißströme und -geschwindigkeiten sowie die Verbesserung des Schutzes des Schweißbereichs.

2. Abhilfemaßnahmen bei internen Mängeln

(1) Mangelnde Fusion und unvollständige Durchdringung

Mangelnde Verschmelzung und unvollständige Durchdringungsfehler erfordern typischerweise Reparaturschweißen oder Fugenhobeln und erneutes Schweißen. Bei offenen Strukturen kann eine direkte Schweißnahtreparatur im unvollständigen Durchdringungsbereich durchgeführt werden. Bei kritischen Schweißnähten, bei denen eine direkte Reparatur nicht möglich ist, sollte das Schweißgut im defekten Bereich vor dem erneuten Schweißen vollständig entfernt werden.

(2) Schlackeneinschlüsse

Schlackeneinschlüsse müssen vor dem erneuten Schweißen durch Ausstechen der schadhaften Stelle entfernt werden. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören die Verbesserung der Oberflächenreinigung, die Auswahl geeigneter Schweißströme und -geschwindigkeiten sowie die Gewährleistung einer gründlichen Schlackenentfernung zwischen den Schweißschichten.

(3) Risse

Rissreparaturen sind komplexer und erfordern je nach Art und Lage des Risses spezifische Maßnahmen. Bei Heiß- und Wiedererwärmungsrissen sollte der defekte Bereich ausgemeißelt und die Schweißnaht mit verbesserter Temperaturkontrolle und Spannungsabbaumaßnahmen während des Schweißens erneuert werden. Kalte Risse erfordern möglicherweise eine Erwärmung, Druckkorrektur oder andere Methoden zur Reparatur und Vorbeugung.

IV Fallstudien zu spezifischen Schweißfehlern

1. Unterbietung von Mängeln

Phänomen:Vertiefungen oder Rillen, die beim Schweißen entlang der Schweißnähte oder -wurzeln unterhalb der Oberfläche des Grundmaterials entstehen.
Ursache:Zu hoher Schweißstrom, zu langer Lichtbogen, falscher Winkel der Elektrode (Schweißdraht), zu hohe Schweißgeschwindigkeit usw.
Auswirkungen:Schwächt die Festigkeit der Schweißverbindung, führt zu Spannungskonzentrationen und verringert die Ermüdungslebensdauer.

2. Schweißspritzerfehler

Phänomen:Metallklumpen, die durch geschmolzenes Metall entstehen, das außerhalb der Schweißnaht auf nicht geschmolzenes Grundmaterial fließt.
Ursache:Zu hoher Schweißstrom, zu langsame Schweißgeschwindigkeit, falscher Winkel der Elektrode (Schweißdraht) usw.
Auswirkungen:Beeinträchtigt das Erscheinungsbild, erzeugt Spannungskonzentrationspunkte und behindert den effektiven Medienfluss in Rohrleitungen.

3. Porositätsfehler

Phänomen:Gastaschen bilden sich im Inneren oder auf der Oberfläche des Schweißguts, wenn beim Schweißen kein Gas entweicht.
Ursache:Feuchtigkeit in den Schweißmaterialien, unreines Schutzgas, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, zu langer Lichtbogen usw.
Auswirkungen:Reduziert die Kompaktheit der Schweißnaht, verringert den effektiven Arbeitsquerschnitt der Schweißnaht und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht.

4. Defekte durch Schlackeneinschlüsse

Phänomen:Nichtmetallische Einschlüsse im Schweißgut.
Ursache:Niedriger Schweißstrom, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, unsaubere Fuge, unvollständige Schlackenentfernung zwischen den Schichten beim Mehrlagenschweißen usw.
Auswirkungen:Beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften und die Kompaktheit der Schweißnaht und kann möglicherweise zu Schweißrissen führen.

5. Mangelnde Fusion und unvollständige Penetrationsfehler

Phänomen:Unter mangelnder Verschmelzung versteht man eine unvollständige Verschmelzung zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff oder zwischen Schweißlagen. Unter unvollständiger Durchdringung versteht man eine unvollständige Verschmelzung an der Verbindungswurzel beim Schweißen.
Ursache:Niedriger Schweißstrom, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, schlechtes Nutdesign, falscher Elektrodenwinkel (Schweißdraht) usw.
Auswirkungen: Sverringert die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht erheblich und macht sie zu einem der gefährlichsten Fehler beim Schweißen.

6. Rissdefekte

Phänomen:Durch die Zerstörung atomarer Bindungskräfte in lokalisierten Bereichen der Schweißverbindung entstehen neue Grenzflächen.
Ursache:Eigenspannungen durch Schweißen, schlechte Materialqualität des Grundmaterials oder Zusatzwerkstoffs, falsche Auswahl der Schweißprozessparameter usw.
Auswirkungen:Scharfe Rissspitzen erzeugen erhebliche Spannungskonzentrationen, die sich stark auf Strukturen auswirken, die Wechsel- und Stoßbelastungen ausgesetzt sind, und möglicherweise zu Strukturversagen führen.

V Fazit

Die Ursachen für Schweißfehler sind vielfältig und die Abhilfemaßnahmen müssen auf die jeweilige Situation zugeschnitten sein. Während des eigentlichen Schweißprozesses sind die strikte Einhaltung der Schweißverfahrensspezifikationen, eine verbesserte Qualitätskontrolle sowie die rechtzeitige Erkennung und Behebung von Schweißfehlern von entscheidender Bedeutung, um die Qualität der Schweißverbindung und die Gesamtleistung des Produkts sicherzustellen. Darüber hinaus entstehen mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Schweißtechnologie neue Schweißmethoden und -materialien, die eine starke Unterstützung für die weitere Verbesserung der Schweißqualität und -effizienz bieten.