Korrosion beim Schweißen: Ursachen und Präventionsmethoden

Schweißen ist ein wichtiger Prozess in der Fertigung, im Baugewerbe und in verschiedenen anderen Industriezweigen, der das Verbinden von Metallteilen zur Herstellung starker und haltbarer Strukturen ermöglicht. Eine der größten Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung der Integrität von Schweißnähten ist jedoch die Korrosion. Schweißnahtkorrosion kann die Festigkeit und Langlebigkeit einer Konstruktion stark beeinträchtigen, was zu kostspieligen Reparaturen, Sicherheitsrisiken und im Extremfall zum Versagen der Konstruktion führt. Um die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit geschweißter Konstruktionen zu gewährleisten, ist es wichtig, die Ursachen der Schweißnahtkorrosion zu verstehen und wirksame Vorbeugungsmaßnahmen zu ergreifen. Dieser Artikel befasst sich mit den Ursachen von Schweißnahtkorrosion und gibt einen Überblick über die besten Methoden zu ihrer Verhinderung.

Verständnis der Schweißnahtkorrosion

Schweißkorrosion tritt auf, wenn sich das Metall an oder in der Nähe der Schweißnaht durch chemische oder elektrochemische Reaktionen mit der Umgebung verschlechtert. Diese Verschlechterung kann die Schweißnaht und das umgebende Material schwächen und die Gesamtfestigkeit der Konstruktion verringern. Schweißnähte sind besonders korrosionsanfällig, weil der Schweißprozess die metallurgischen Eigenschaften des Metalls verändern kann, wodurch es anfälliger für Korrosionsmittel wird.

Ursachen für Schweißnahtkorrosion

Mehrere Faktoren tragen zur Korrosionsanfälligkeit von Schweißnähten bei. Das Verständnis dieser Ursachen ist entscheidend für die Umsetzung wirksamer Präventionsstrategien.

Veränderungen der metallurgischen Eigenschaften:

Wärmebeeinflusste Zone (HAZ): Beim Schweißen unterliegt das an die Schweißnaht angrenzende Metall (die so genannte Wärmeeinflusszone) thermischen Zyklen, die sein Gefüge verändern können. Diese Veränderungen können zu einer erhöhten Korrosionsanfälligkeit führen, insbesondere wenn das Material anodischer (unedler) wird als das Grundmetall.

Eigenspannungen: Der Schweißprozess kann Eigenspannungen in das Metall einbringen, die als Spannungskonzentratoren wirken und das Metall anfälliger für Rissbildung und Korrosion machen. Eigenspannungen sind besonders problematisch in Umgebungen, in denen Spannungsrisskorrosion (SCC) ein Thema ist.

Chemische Zusammensetzung der Schweißnaht:

Unterschiede in der Legierungszusammensetzung: Beim Schweißen zweier unterschiedlicher Metalle oder bei der Verwendung eines Zusatzwerkstoffs mit einer anderen Zusammensetzung als die der Grundmetalle kann es zu galvanischer Korrosion kommen. Diese Art von Korrosion tritt auf, wenn zwei ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyts in elektrischem Kontakt sind, was zu einer beschleunigten Korrosion des anodischeren Metalls führt.

Unzureichendes Füllmaterial: Die Verwendung eines falschen oder inkompatiblen Zusatzwerkstoffs kann zur Bildung von Gefügephasen führen, die anfälliger für Korrosion sind. So kann beispielsweise die Verwendung eines Zusatzwerkstoffs mit geringerer Korrosionsbeständigkeit als das Grundmetall ein galvanisches Paar erzeugen, bei dem der Zusatzwerkstoff bevorzugt korrodiert.

Umweltfaktoren:

Exposition gegenüber Feuchtigkeit und Verunreinigungen: Schweißnähte, die Feuchtigkeit, Salzwasser, Säuren oder industriellen Schadstoffen ausgesetzt sind, korrodieren mit größerer Wahrscheinlichkeit. Diese Umgebungen liefern die für elektrochemische Reaktionen erforderlichen Elektrolyte, die den Korrosionsprozess beschleunigen.

Temperaturschwankungen: Extreme Temperaturen oder häufige Temperaturschwankungen können die Korrosion verschlimmern, insbesondere bei Metallen, die zu thermischer Ausdehnung und Kontraktion neigen. Diese Schwankungen können zu Mikrorissen in der Schweißnaht führen, durch die Korrosionsmittel eindringen können.

Unsachgemäße Schweißtechniken:

Schlechte Schweißpraktiken: Unsachgemäße Schweißtechniken, wie z. B. übermäßige Wärmezufuhr, schnelles Abkühlen oder unzureichende Schutzgasabdeckung, können Defekte in die Schweißnaht einbringen, wie z. B. Porosität, Einschlüsse oder Risse. Diese Defekte können als Initiationspunkte für Korrosion dienen.

Kontamination der Oberfläche: Verunreinigungen auf der Metalloberfläche, wie z. B. Öl, Fett oder Schmutz, können während des Schweißvorgangs in der Schweißnaht eingeschlossen werden und zu örtlicher Korrosion führen. Oberflächenoxide, wie sie sich beispielsweise auf Aluminium oder Edelstahl bilden, können ebenfalls die Schweißqualität beeinträchtigen und das Korrosionsrisiko erhöhen.

Unzureichende Schweißnahtnachbehandlung:

Fehlende Passivierung: Nichtrostende Stähle und andere korrosionsbeständige Legierungen sind zum Schutz vor Korrosion auf eine passive Oxidschicht angewiesen. Beim Schweißen kann diese Schicht unterbrochen werden, und wenn sie nicht durch Passivierung oder andere Behandlungen nach dem Schweißen wiederhergestellt wird, können die Schweißnaht und die umliegenden Bereiche anfälliger für Korrosion werden.

Unsachgemäße Reinigung: Wird die Schweißnaht nach dem Schweißen nicht ordnungsgemäß gereinigt, können Schlacke, Flussmittelrückstände oder andere korrosionsfördernde Verunreinigungen zurückbleiben. Die Reinigung nach dem Schweißen ist wichtig, um diese Rückstände zu entfernen und zu verhindern, dass sie als Korrosionsstellen wirken.

Methoden zur Verhinderung von Schweißnahtkorrosion

Die Vermeidung von Schweißnahtkorrosion erfordert eine Kombination aus guten Schweißpraktiken, geeigneter Materialauswahl und Schutzmaßnahmen. Die folgenden Methoden können dazu beitragen, das Korrosionsrisiko bei Schweißverbindungen zu verringern:

Richtige Materialauswahl:

Korrosionsbeständige Legierungen: Bei der Konstruktion von Bauwerken, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, ist die Auswahl von Materialien mit einer inhärenten Korrosionsbeständigkeit entscheidend. Nichtrostende Stähle, Nickellegierungen und Aluminiumlegierungen werden häufig wegen ihrer Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Arten von Korrosion verwendet.

Kompatible Füllmaterialien: Vergewissern Sie sich, dass der beim Schweißen verwendete Schweißzusatzwerkstoff in Bezug auf die chemische Zusammensetzung und die Korrosionsbeständigkeit mit den Grundmetallen kompatibel ist. Dadurch wird das Risiko der galvanischen Korrosion minimiert und sichergestellt, dass das Schweißgut ebenso korrosionsbeständig ist wie das Grundmetall.

Kontrolle der Schweißparameter:

Management der Wärmezufuhr: Eine ordnungsgemäße Steuerung der Wärmezufuhr während des Schweißens ist unerlässlich, um die Ausdehnung der Wärmeeinflusszone zu minimieren und das Risiko von Gefügeveränderungen zu verringern, die zu Korrosion führen könnten. Techniken wie das Vorwärmen, die Kontrolle der Verfahrgeschwindigkeit und die Anwendung geeigneter Kühlmethoden können helfen, den Wärmeeintrag zu steuern.

Verwendung von Schutzgas: Sorgen Sie für eine ausreichende Schutzgasabdeckung, um die Schweißnaht während des Schweißprozesses vor Oxidation und Verunreinigung zu schützen. Dies ist besonders wichtig beim Schweißen reaktiver Metalle wie Aluminium und Titan, die zur Oxidation neigen.

Vorbereitung und Reinigung der Oberfläche:

Reinigung vor dem Schweißen: Reinigen Sie die Metalloberflächen vor dem Schweißen gründlich, um Verunreinigungen wie Öle, Fette und Oxide zu entfernen. Dies kann je nach Werkstoff mit mechanischen Methoden (z. B. Schleifen, Bürsten) oder chemischen Methoden (z. B. Lösungsmittel, Säuren) erfolgen.

Reinigung nach dem Schweißen: Nach dem Schweißen ist der Schweißbereich zu reinigen, um Schlacke, Flussmittelrückstände und andere korrosionsfördernde Verunreinigungen zu entfernen. Dies kann durch Bürsten, Schleifen oder chemische Reinigung erfolgen, um sicherzustellen, dass die Schweißstelle frei von potenziellen Korrosionsstellen ist.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT):

Stressabbau: Die Druckwasserhärtung kann eingesetzt werden, um die beim Schweißen entstandenen Eigenspannungen abzubauen und so die Gefahr der Spannungsrisskorrosion zu verringern. Das spezifische PWHT-Verfahren hängt vom Werkstoff und der vorgesehenen Anwendung der Schweißverbindung ab.

Glühen und Normalisieren: Diese Wärmebehandlungen können das gewünschte Gefüge in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone wiederherstellen und so die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs verbessern. Das Glühen ist besonders nützlich für Werkstoffe, die beim Schweißen gehärtet wurden.

Passivierung und Schutzschichten:

Passivierung von rostfreiem Stahl: Nach dem Schweißen von nichtrostendem Stahl kann ein Passivierungsverfahren angewendet werden, um die schützende Chromoxidschicht wiederherzustellen, die dem nichtrostenden Stahl seine Korrosionsbeständigkeit verleiht. Dies geschieht in der Regel mit einem Säurebad oder einem Gel, das Salpeter- oder Zitronensäure enthält.

Auftragen von Schutzbeschichtungen: In Umgebungen, in denen Korrosion ein großes Problem darstellt, kann das Aufbringen von Schutzbeschichtungen auf die geschweißte Struktur eine zusätzliche Barriere gegen korrosive Stoffe bilden. Beschichtungen wie Farben, Epoxidharze oder Verzinkung können zum Schutz der Schweißnaht und des umgebenden Metalls beitragen.

Korrosionsinhibitoren:

Inhibitoren in der Umwelt: Bei bestimmten Anwendungen können Korrosionsinhibitoren in die Umwelt eingebracht werden, um die Korrosionsrate zu verringern. Diese Chemikalien wirken durch die Bildung eines Schutzfilms auf der Metalloberfläche oder durch die Neutralisierung von korrosiven Stoffen.

Verwendung in Kühlsystemen: In Systemen, in denen Wasser als Kühlmittel verwendet wird (z. B. in Kraftwerken), können dem Wasser Korrosionsschutzmittel zugesetzt werden, um Schweißnähte und andere Metallteile vor Korrosion zu schützen.

Regelmäßige Inspektion und Wartung:

Routinemäßige Inspektionen: Die regelmäßige Inspektion von Schweißnähten ist wichtig, um frühe Anzeichen von Korrosion zu erkennen, bevor sie zu größeren Schäden führen. Zur Beurteilung des Zustands der Schweißnähte können zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Ultraschallprüfung, Durchstrahlung oder Sichtprüfung eingesetzt werden.

Wartungspraktiken: Die Umsetzung eines proaktiven Wartungsprogramms, das Reinigung, Auffrischung der Beschichtung und Re-Passivierung (bei Edelstahl) umfasst, kann die Lebensdauer von geschweißten Strukturen in korrosiven Umgebungen verlängern.

Schlussfolgerung

Schweißnahtkorrosion ist ein ernsthaftes Problem, das die Integrität und Langlebigkeit von Metallkonstruktionen beeinträchtigen kann. Das Verständnis der Ursachen von Schweißnahtkorrosion, wie z. B. Veränderungen der metallurgischen Eigenschaften, Umweltfaktoren und unsachgemäße Schweißtechniken, ist entscheidend für die Umsetzung wirksamer Präventionsstrategien. Durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe, die Kontrolle von Schweißparametern, die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Oberflächenvorbereitung und -nachbehandlung sowie das Aufbringen von Schutzbeschichtungen lässt sich das Risiko von Schweißkorrosion erheblich verringern.

Die Verhinderung von Schweißnahtkorrosion ist nicht nur für die Aufrechterhaltung der Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Bauwerken von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Senkung der Wartungskosten und die Verlängerung der Lebensdauer geschweißter Komponenten. Da die Industrie immer höhere Anforderungen an Haltbarkeit und Zuverlässigkeit stellt, wird die Anwendung bewährter Verfahren zur Vermeidung von Schweißnahtkorrosion für Ingenieure, Schweißer und Wartungsfachleute gleichermaßen eine wichtige Priorität bleiben.