TY - BOOK

T1 - Metallurgische Grundlagen als Basis zur Entwicklung alternativer Schweißzusatzwerkstoffe im Pipelinebau

AU - Fiedler, Michael Stephan

N1 - nicht gesperrt

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Bei der Rohrrundnahtschweißung im Pipelinebau sind nach wie vor die Elektrodenhandschweißung als auch die Schweißung mit gasgeschützten Massiv- und Fülldrahtelektroden vorherrschend. Ein alternatives Schweißverfahren, das selbstschützende Fülldrähte nutzt, kombiniert die Vorteile der Massivdrahtschweißung und der Elektrodenhandschweißung und bietet wesentliche Vorzüge für den Anwender. In dieser Arbeit wurden die metallurgischen Grundlagen für die Entwicklung des alternativen Schweißzusatzes erarbeitet, die letztlich zu einer erfolgreichen Umsetzung in die Praxis und zu einem gut eingeführten Produkt führten. Das Wesen des selbstschützenden Fülldrahtes besteht in seiner Verarbeitung ohne Einsatz eines externen Schutzgases. Die Notwendigkeit, das Schweißgut während der Schweißung vor der umgebenden Luft und somit vor einer Absorption von Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff zu schützen, muss damit vom Schweißzusatz selbst abgedeckt werden. Der Schutz des Schweißgutes wird zum einen durch die Verdrängung von Luft aus den Reaktionszonen des Lichtbogens erzeugt und zum anderen durch die Abbindung von eingebrachtem Stickstoff durch spezielle Denitrierungselemente bereitgestellt bzw. optimiert. Die Verdrängung von Luft wird durch die Füllung eingebrachte dissozierende und verdampfende Komponenten, wie Karbonate, Fluoride und Metalle gewährleistet. Diese Arbeit zeigt, dass vor allem die festgestellten resultierenden Interaktionen mit den Tropfenübergangskräften eine wesentliche Herausforderung für eine erfolgreiche Entwicklung darstellen. Eine Beurteilungsgröße für die alternierend durch den Schweißzusatz aufgebaute Schutzatmosphäre ist der maximale Tropfendurchmesser, der durch Prototypen mit variierter Füllungskonzeption erarbeitet und optimiert wurde. Die dafür erforderlichen Rohstoffuntersuchungen für die Ermittlung des Dissoziations- und Verdampfungsverhaltens mussten mit für Schweißprozesse angepassten Messparametern neu durchgeführt werden und weichen teilweise weit von den in der Literatur angegebenen Werten ab. Schweißrauchanalysen erlaubten eine Verifizierung der angenommenen Reaktionsmechanismen direkt an Produkten. Durch weiter optimierte Füllungsrezepturen konnte der Stickstoffeintrag, der schädigend auf das Schweißgut (Porenbildung, sprödes Werkstoffverhalten) wirkt erheblich auf Werte bis 250ppm abgesenkt werden. Eine thermodynamische Simulation des Ausscheidungsverhaltens verschiedener Denitrierungselementkombinationen ermöglichte die Beurteilung der Stickstoffabbindung, die nachfolgend untersucht wurde.

AB - Bei der Rohrrundnahtschweißung im Pipelinebau sind nach wie vor die Elektrodenhandschweißung als auch die Schweißung mit gasgeschützten Massiv- und Fülldrahtelektroden vorherrschend. Ein alternatives Schweißverfahren, das selbstschützende Fülldrähte nutzt, kombiniert die Vorteile der Massivdrahtschweißung und der Elektrodenhandschweißung und bietet wesentliche Vorzüge für den Anwender. In dieser Arbeit wurden die metallurgischen Grundlagen für die Entwicklung des alternativen Schweißzusatzes erarbeitet, die letztlich zu einer erfolgreichen Umsetzung in die Praxis und zu einem gut eingeführten Produkt führten. Das Wesen des selbstschützenden Fülldrahtes besteht in seiner Verarbeitung ohne Einsatz eines externen Schutzgases. Die Notwendigkeit, das Schweißgut während der Schweißung vor der umgebenden Luft und somit vor einer Absorption von Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff zu schützen, muss damit vom Schweißzusatz selbst abgedeckt werden. Der Schutz des Schweißgutes wird zum einen durch die Verdrängung von Luft aus den Reaktionszonen des Lichtbogens erzeugt und zum anderen durch die Abbindung von eingebrachtem Stickstoff durch spezielle Denitrierungselemente bereitgestellt bzw. optimiert. Die Verdrängung von Luft wird durch die Füllung eingebrachte dissozierende und verdampfende Komponenten, wie Karbonate, Fluoride und Metalle gewährleistet. Diese Arbeit zeigt, dass vor allem die festgestellten resultierenden Interaktionen mit den Tropfenübergangskräften eine wesentliche Herausforderung für eine erfolgreiche Entwicklung darstellen. Eine Beurteilungsgröße für die alternierend durch den Schweißzusatz aufgebaute Schutzatmosphäre ist der maximale Tropfendurchmesser, der durch Prototypen mit variierter Füllungskonzeption erarbeitet und optimiert wurde. Die dafür erforderlichen Rohstoffuntersuchungen für die Ermittlung des Dissoziations- und Verdampfungsverhaltens mussten mit für Schweißprozesse angepassten Messparametern neu durchgeführt werden und weichen teilweise weit von den in der Literatur angegebenen Werten ab. Schweißrauchanalysen erlaubten eine Verifizierung der angenommenen Reaktionsmechanismen direkt an Produkten. Durch weiter optimierte Füllungsrezepturen konnte der Stickstoffeintrag, der schädigend auf das Schweißgut (Porenbildung, sprödes Werkstoffverhalten) wirkt erheblich auf Werte bis 250ppm abgesenkt werden. Eine thermodynamische Simulation des Ausscheidungsverhaltens verschiedener Denitrierungselementkombinationen ermöglichte die Beurteilung der Stickstoffabbindung, die nachfolgend untersucht wurde.

KW - Schweißen

KW - Pipelinebau

KW - selbstschützender Fülldraht

KW - Stickstoffabbindung

KW - Schutz des Schweißgutes vor Umgebungsluft

KW - welding

KW - pipeline laying

KW - self shielded flux cored wires

KW - binding of nitrogen

KW - protection of weld metal from the ambient air

M3 - Dissertation

ER -