Warum HF-Schweißfehler wichtig sind
Hochfrequenzschweißen (HF) ist die schnellste und wirtschaftlichste Methode zur Herstellung von Längsnahtrohren. Die Schweißnaht erfolgt jedoch in Millisekunden und ihre Qualität hängt von der genauen Balance zwischen Formgeometrie, Wärmeeintrag, Pressdruck und Kühlung ab. Wenn das Gleichgewicht nicht stimmt, kann die Naht Defekte aufweisen, die das Rohr unter Druck oder beim Abflachen schwächen. Einige dieser Fehler sind bei Ultraschall- und Wirbelstromprüfungen unsichtbar, weshalb die Industrie auf eine Kombination aus Prozesskontrolle, Inline-Inspektion und zerstörender Prüfung setzt. Das Verständnis der Defektfamilien ist der erste Schritt, um sie zu verhindern.
Die acht häufigsten Defektfamilien
| Defekt | Gebräuchlicher Name | Natur |
|---|---|---|
| Aufnahme | Schwarzes, überbranntes Oxid | Auf der Schmelzoberfläche eingeschlossenes Oxid, das nicht mit der Metallschmelze herausgedrückt wird |
| Vorlichtbogen | Weißes, überbranntes Oxid | Überhitzung vor dem V-Punkt, Bildung von Oxid am Rand |
| Unzureichende Fusion | Offene Naht | Kanten erhitzt, aber nicht verschmolzen; Die Naht springt nach dem Quetschrollen auf |
| Unzureichende Kantenverschmelzung | Randwelle | An der Außen- oder Innenkante des Streifens fehlt die Verschmelzung |
| Unzureichende mittlere Fusion | Mittelkaltschweißen | Fusionsfehler in der Mitte der Wand |
| Klebende Schweißnaht | Kaltschweißen | Durch Druck verbundene Kanten ohne echte Verschmelzung; von den meisten ZfP nicht erkennbar |
| Gussschweißung | Sprödes Schweißen | Geschmolzenes Metall wird nicht vollständig ausgestoßen, so dass Gussmetall mit Oxiden in der Naht zurückbleibt |
| Porosität | Lochkamera | Gaseinschlüsse auf der Fusionsoberfläche durch Überhitzung bei unzureichender Entladung |
Einschlüsse und ihre Prävention
Einschlüsse sind am V-Punkt gebildete Metalloxide, die nicht mit der Metallschmelze ausgetrieben werden und in der Schmelzoberfläche festgeklemmt werden. Sie treten auf, wenn die Kantenannäherungsgeschwindigkeit geringer ist als die Schmelzgeschwindigkeit und der Austritt des geschmolzenen Metalls unvollständig ist. Der Bruch eines Einschlusses ist flach und es fehlt ihm das faserige Aussehen einer gesunden Schweißnaht. Das Risiko steigt, wenn der V-Winkel weniger als etwa 4 Grad beträgt oder wenn das Mangan-zu-Silizium-Verhältnis des Bandes unter etwa 8 zu 1 liegt. Die Prävention konzentriert sich auf die Kontrolle des V-Winkels, der Wärmezufuhr und der Bandchemie, damit sich das Oxid bildet und sauber ausgestoßen wird.
Mangel an Fusion und Kaltschweißen
Unzureichende Verschmelzung oder offene Naht ist die direkte Folge unzureichender Schweißwärme: Die Kanten werden erhitzt und abgeflacht, verschmelzen aber nie und die Naht öffnet sich, nachdem sie die Quetschwalzen passiert hat. Zu den Einflussfaktoren gehören der Wärmeeintrag, der V-Winkel und die V-Länge, die Position des Magnetstabs, die Kühlbedingungen und die Größe der Induktionsspule. Zu den Präventionsmaßnahmen gehören die Anpassung der Wärmezufuhr an das Material und die Geschwindigkeit, die Positionierung des Magnetstabs etwa 3 mm über der Mitte der Quetschwalzen, die Einhaltung der V-Länge innerhalb des Rohrdurchmesserbereichs, die Begrenzung des V-Winkels auf etwa 7 Grad und die Einhaltung des Abstands zwischen Spule und Rohr unter etwa 6 mm. Klebeschweißen oder Kaltschweißen ist der gefährlichste Fehler, da die Verbindung keinen Spalt aufweist, Ultraschallsignale überträgt und elektromagnetischer Erkennung entgeht, beim Abflachen jedoch flach und spröde reißt. Dies wird durch eine ausreichende Schweißleistung und eine Erhöhung der Quetschung und der Streifenbreite verhindert.
Gussschweißen und Porosität
Beim Gussschweißen oder Sprödschweißen bleiben Gussmetalle zurück, die Oxide auf der Schmelzoberfläche enthalten, da die Metallschmelze nicht vollständig austritt. Der Bruch ist flach und spröde und besteht den Abflachungstest nicht. Dies wird durch eine Erhöhung des Schweißabflusses und der Bandbreite verhindert. Porosität oder Nadellöcher erscheinen als kugelförmige, helle weiße Flecken auf einem Faserbruch, die durch Hochtemperaturschweißen mit unzureichender Entladung verursacht werden. Kleine Poren sind an der Schweißlinie sichtbar, nachdem der äußere Grat entfernt wurde. Beide Fehlerfamilien weisen darauf hin, dass das Wärme-Druck-Gleichgewicht der Linie falsch ist und korrigiert werden muss, bevor die Produktion fortgesetzt wird.
Erkennung und Qualitätskontrolle
HF-Nähte werden inline mit Ultraschall- und Wirbelstromverfahren untersucht, die Linienproben geebnet und metallographisch untersucht. Da klebende Schweißnähte den Standardmethoden entgehen, kontrollieren Fabriken auch die Prozessparameter, überwachen die Schweißtemperatur und prüfen Proben in definierten Abständen zerstörend. Das Ziel ist eine Schweißnaht, die den Abflachungstest besteht und einen vollständigen Faserbruch mit einer sichtbaren weißen Schmelzlinie aufweist. Im Prüfzertifikat des Werks sind die NDT-Ergebnisse aufgeführt, und Käufer sollten das Prüfprogramm bestätigen, wenn sie HF-Rohre für den Druckbetrieb bestellen.
Häufig gestellte Fragen
F: Was ist der gefährlichste HF-Schweißfehler?
Klebeschweißen oder Kaltschweißen, da die Verbindung Ultraschallsignale überträgt und der elektromagnetischen Erfassung entgeht, beim Abflachen jedoch spröde wird. Es wird durch ausreichende Kraft und Druck verhindert.
F: Was verursacht eine offene Naht?
Unzureichende Schweißwärme: Die Kanten werden angeschmolzen, aber nicht verschmolzen, und die Naht springt nach dem Quetschrollen auf. Der V-Winkel, die Wärmezufuhr, die Magnetstabposition und der Spulenabstand sind die bestimmenden Faktoren.
F: Was ist eine Gussschweißnaht?
Gussmetall mit Oxiden auf der Schmelzoberfläche, weil das geschmolzene Metall nicht vollständig ausgestoßen wurde. Der Bruch ist flach und spröde und besteht den Abflachungstest nicht.
F: Wie werden HF-Nähte geprüft?
Durch Inline-Ultraschall- und Wirbelstromprüfungen sowie Abflachungs- und metallografische Tests an Proben. Die Prozesskontrolle ist unerlässlich, da einige Mängel der ZfP entgehen.
F: Was ist ein Einschluss beim HF-Schweißen?
In der Schmelzoberfläche eingeschlossenes Metalloxid, weil das geschmolzene Metall nicht vollständig ausgestoßen wurde. Das Risiko steigt bei engen V-Winkeln und niedrigen Mangan-zu-Silizium-Verhältnissen.
F: Wie entsteht Porosität?
Durch Hochtemperaturschweißen mit unzureichender Entladung entstehen Gaseinschlüsse, die als helle Flecken auf dem Bruch erscheinen. Die Korrektur des Wärme-Druck-Gleichgewichts verhindert dies.
