Spannungsarmglühen nach dem Schweißen

Wozu Spannungsarmglühen dient

Beim Schweißen schrumpft die Naht beim Abkühlen, im Bauteil bleiben Eigenspannungen zurück. Eine Wärmenachbehandlung verringert diese Eigenspannungen (EN 15085-3:2022 §7.4.3). Laut TWI sinkt mit steigender Temperatur die Streckgrenze, sodass sich die Spannungen durch Kriechen von Schweißgut und Grundwerkstoff abbauen. Als Ziele nennt TWI unter anderem ein geringeres Risiko für Spannungsrisskorrosion und Sprödbruch im Betrieb.

Ablauf: Aufheizen, Halten, Abkühlen

Die Wärmebehandlung hat drei Phasen: Aufheizen bis zur Haltetemperatur, Halten über eine festgelegte Zeit und kontrolliertes Abkühlen. Für jede Phase legt die Anweisung Grenzen fest — welche, zeigt der Abschnitt zur Wärmebehandlungsanweisung.

Laut TWI wird die Abkühlung kontrolliert, damit keine schädlichen Temperaturgefälle entstehen; zu schnelles Aufheizen oder Abkühlen kann zu Verzug führen. Die Grenzen für Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit legen laut TWI die Anwendungsregelwerke fest. Für Auftragschweißungen zum Korrosionsschutz beschreibt das DVS-Merkblatt 3010-07 dieselbe Regel: Aufheiz- und Abkühlrate, Haltetemperatur und Haltedauer werden nach Werkstoffpaarung und Konstruktion gewählt, bei komplexen Konstruktionen mit niedrigeren Raten.

Temperaturen und Haltezeiten aus freien Quellen

Für unlegierte Stähle liegen die Angaben zweier unabhängiger Quellen nah beieinander: Laut TWI liegt die Haltetemperatur für Kohlenstoff-Mangan-Stähle zwischen 550 und 620 °C. Laut thyssenkrupp-Werkstoffdatenblatt für den Druckbehälterstahl P355N wird bei 570 bis 620 °C spannungsarmgeglüht.

Bei der Haltezeit rechnen die Quellen unterschiedlich: Laut TWI gilt als sehr allgemeine Regel eine Stunde je 25 mm Dicke, für genaue Werte ist die jeweilige Spezifikation maßgebend. Laut thyssenkrupp-Datenblatt für P355N sind es 1 bis 2 Minuten je Millimeter Blechdicke, mindestens aber 30 Minuten. Eine solche Untergrenze nennt nur das thyssenkrupp-Datenblatt; TWI gibt keine an.

Für warmfeste und nichtrostende Stähle nennt TWI eigene, höhere Temperaturbereiche. Diese Seite gibt dafür keine Werte an: Dort gilt das Datenblatt des Werkstoffs und die Spezifikation des Auftrags.

Was eine Wärmebehandlungsanweisung enthält

Eine Angabeliste enthält EN 15085-3:2022 (Schweißen von Schienenfahrzeugen): Ist eine Wärmenachbehandlung erforderlich, muss sie nach §7.4.3 in Übereinstimmung mit EN ISO 17663:2009 angegeben und durchgeführt werden. Die Bedingungen stehen auf der Zeichnung oder in Spezifikationen. Anzugeben sind:

a)

maximale Erwärmungstemperatur

b)

maximale Erwärmungsgeschwindigkeit

c)

Haltetemperatur

d)

minimale und, falls erforderlich, maximale Haltezeit

e)

maximale Abkühlgeschwindigkeit

f)

maximale Abkühlungstemperatur

g)

falls erforderlich, Bedingungen beim Abkühlen

Temperatur und Zeit der Wärmenachbehandlung müssen nach EN 15085-3 aufgezeichnet werden. EN ISO 17663 trägt den Titel „Schweißen — Qualitätsanforderungen zur Wärmebehandlung beim Schweißen und bei verwandten Prozessen“.

Stahlbau und Verfahrensprüfung

Für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen nennt EN 1090-2:2018 in §7.5.15 keine Werte. Der Abschnitt verlangt: Ist eine Wärmebehandlung geschweißter Bauteile erforderlich, muss nachgewiesen werden, dass das angewendete Verfahren geeignet ist; für Hinweise verweist die Norm auf EN ISO 17663. Wann eine Wärmebehandlung nötig ist, regelt §7.5.15 nicht selbst — Grundlagen zur Norm auf der Seite EN 1090-2.

Die Wärmenachbehandlung gehört zur Verfahrensprüfung. Laut TWI ist sie eine wesentliche Einflussgröße in Regelwerken wie ISO 15614-1: Hinzufügen, Weglassen oder Glühen außerhalb der qualifizierten Zeit- und Temperaturbereiche verlangt eine neue Verfahrensqualifikation. Laut DVS-Merkblatt 3010-07 gilt das auch für Auftragschweißungen zum Korrosionsschutz: Wärmebehandlungen müssen in der Verfahrensprüfung nachgewiesen werden. Mehr dazu auf der Seite WPQR nach ISO 15614-1.

Häufige Fragen zum Spannungsarmglühen