Wie kann die Schweißnahtqualität von Q275-Stahl anhand der Zwischenlagentemperatur beim Schweißen beurteilt werden?

Die Zwischenlagentemperatur ist ein kritischer Prozessparameter beim Mehrlagenschweißen von Q275-Stahl (bezogen auf die Resttemperatur der vorherigen Schweißlage vor der nachfolgenden Schweißlage). Sein Wert wirkt sich direkt auf die Mikrostruktur, den Spannungszustand und die Fehleranfälligkeit der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (HAZ) aus. Durch die Überwachung der Abweichung der Zwischenlagentemperatur vom geeigneten Bereich kann eine vorläufige Einschätzung der Risiken für die Schweißnahtqualität vorgenommen werden. Die spezifische Beurteilungslogik und -grundlage sind wie folgt:
1. Definieren des geeigneten Zwischenlagentemperaturbereichs für Q275-Stahl
Q275 ist ein beruhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (Kohlenstoffgehalt etwa 0,18–0,28 %) mit etwas höherer Festigkeit als Q235 und mäßiger Härtungsneigung. Die Zwischenlagentemperatur sollte je nach Blechdicke, Schweißmethode und Umgebungstemperatur angepasst werden. Das Hauptziel besteht darin, durch schnelles Abkühlen verursachte Abschreckrisse und eine durch Überhitzung verursachte Kornvergröberung zu verhindern. Für dünne Platten (Dicke kleiner oder gleich 10 mm): Es wird empfohlen, die Zwischenlagentemperatur zwischen 150 und 250 Grad zu kontrollieren.
Für dicke Platten (Dicke > 10 mm) oder sehr steife Strukturen: Es wird empfohlen, die Zwischendurchgangstemperatur zwischen 200 und 300 Grad zu kontrollieren (Vorwärmen ist erforderlich, um eine übermäßige Abkühlung in einem einzelnen Durchgang zu verhindern).
Beim Schweißen in einer Umgebung mit niedrigen-Temperaturen (<0°C): the interpass temperature should be increased to 250-350°C (to compensate for excessive heat dissipation from the environment).
II. Qualitätsbewertung, wenn die Zwischenlagentemperatur zu niedrig ist (unter der unteren Grenze des angemessenen Bereichs)
Zu niedrige Zwischenlagentemperaturen deuten darauf hin, dass der vorherige Schweißdurchgang zu schnell abgekühlt ist, was zu einer unzureichenden „Temperierung“ der Wärmeeinflusszone und des Schweißguts führt. Dies kann leicht zu folgenden Qualitätsproblemen führen, die durch die Kombination von Temperaturaufzeichnungen mit Fehlermerkmalen identifiziert werden können:
1. Erhöhtes Risiko von Kaltrissen
Prinzip: Bei niedrigen Temperaturen neigt die Wärmeeinflusszone des vorherigen Schweißdurchgangs dazu, eine gehärtete Struktur (z. B. Martensit) zu bilden. Darüber hinaus kann Wasserstoff in der Schweißnaht (aus der Elektrodenbeschichtung oder dem Grundmetallöl) nur schwer herausdiffundieren, was zu wasserstoffinduzierten Rissen an Spannungskonzentrationspunkten führt. Beurteilungsgrundlage:
Temperaturaufzeichnungen zeigen, dass die Zwischenlagentemperatur konstant unter 150 Grad (für dünne Bleche) oder 200 Grad (für dicke Bleche) liegt;
Auf der Schweißoberfläche oder in der Nähe der Schweißnaht können feine Quer- oder Längsrisse auftreten (meistens Kaltrisse, die innerhalb von Stunden nach dem Schweißen entstehen können);
Zerstörungsfreie Prüfungen (z. B. UT und MT) können lineare Defekte in der Nähe der Hitzeeinflusszone aufdecken.
2. Verringerte Zähigkeit der Schweißnaht und der von der Hitze-betroffenen Zone
Prinzip: Eine schnelle Abkühlung führt zu einer unzureichenden Verfeinerung der Mikrostruktur im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone, wodurch die Perlitlamellen vergröbert werden und die Schlagzähigkeit (z. B. AKV) unter die Konstruktionsanforderungen fallen kann (typischerweise größer oder gleich 27 J für Q275-Schweißnähte).
Beurteilungsgrundlage:
Die Zwischenlagentemperatur liegt ständig unter dem akzeptablen Bereich und es wird kein Tempern nach dem Schweißen durchgeführt.
Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften zeigt einen deutlichen Rückgang der Aufprallenergie (z. B.<20J), indicating brittle fracture. III. Quality Assessment When the Interpass Temperature is Excessively High (Exceeding the Upper Limit of the Reasonable Range)
Zu hohe Zwischenlagentemperaturen können dazu führen, dass der Schweißbereich über längere Zeiträume auf erhöhten Temperaturen bleibt, was zu einer Überhitzung führt. Qualitätsmängel lassen sich an folgenden Merkmalen erkennen:
1. Erhöhtes Risiko thermischer Rissbildung (Kristallisationsrissbildung)
Prinzip: Bei hohen Temperaturen wachsen die Schweißmetallkörner übermäßig und Verunreinigungen mit niedrigem -Schmelzpunkt- (wie Schwefel und Phosphor) scheiden sich an den Korngrenzen ab und bilden einen „Flüssigkeitsfilm“. Unter Einwirkung der Schweißspannung entstehen Risse entlang der Korngrenzen (thermische Risse treten häufig in der Schweißnahtmitte oder in der Nähe der Schmelzlinie auf).
Beurteilungsgrundlage:
Temperaturaufzeichnungen zeigen, dass die Zwischenlagentemperatur 300 Grad (für dicke Bleche) oder 350 Grad (für Umgebungen mit niedrigen Temperaturen) übersteigt;
Längsrisse können entlang der Schweißoberfläche auftreten (thermische Risse sind oft auf der Oberfläche sichtbar und treten unmittelbar nach dem Schweißen auf);
Die makroskopische Untersuchung zeigt Anzeichen von „überverbranntem“ Schweißgut (z. B. starke Oberflächenoxidation und bläuliche Farbe). 2. Verschlechterung der Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht und der Hitzeeinflusszone-
Prinzip: Überhitzung führt zu einer Vergröberung der Austenitkörner im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone (die Korngröße kann von Güteklasse 8 auf unter Güteklasse 4 sinken). Beim Abkühlen bilden sich grobkörniger Perlit und Ferrit, was zu einer Abnahme der Festigkeit (z. B. Zugfestigkeit) um 5–10 % und einer erheblichen Verringerung der Zähigkeit führt.
Beurteilungsgrundlage:
Sustained excessive interpass temperature (e.g., >300 Grad) und hoher Schweißwärmeeintrag (hoher Strom, langsame Geschwindigkeit);
Tests der mechanischen Eigenschaften zeigen, dass die Zugfestigkeit unter dem Standard des Grundmaterials liegt (Q275-Standardzugfestigkeit 410–540 MPa), und die Schlagenergie kann unter 20 J fallen;
Metallographic analysis reveals coarse grains in the weld (>50 μm) und das Vorhandensein einer „grob-körnigen Zone“ in der Wärmeeinflusszone.
3. Erhöhter Schweißverzug
Prinzip: Hohe Temperaturen erhöhen die Plastizität des Materials. Zu hohe Zwischenlagentemperaturen führen zu einer übermäßigen Wärmeausdehnung im Schweißbereich, was zu einer ungleichmäßigen Kontraktion nach dem Abkühlen und damit zu einer stärkeren Winkel- oder Biegeverformung führt. Beurteilungsgrundlage:
Die Zwischenlagentemperatur überschreitet den akzeptablen Bereich und die strukturelle Steifigkeit ist gering (z. B. dünne Plattenverbindung);
Die geometrische Abmessungsabweichung nach-übersteigt den Standard (z. B. Winkelverzerrung > 3 Grad /m) und erfordert eine Korrektur, um den Standard zu erfüllen.
IV. Qualitätsbeurteilung, wenn die Zwischenlagentemperatur im akzeptablen Bereich liegt
Wenn die Zwischenlagentemperatur stabil innerhalb des empfohlenen Bereichs (150–350 Grad, angepasst an die Blechdicke und die Umgebungsbedingungen) kontrolliert wird, deutet dies im Allgemeinen darauf hin, dass beim Schweißen Folgendes zutrifft:
Die Abkühlgeschwindigkeit ist moderat, die Aushärtung der Wärmeeinflusszone (HAZ) ist gering (hauptsächlich Perlit + Ferrit, ohne nennenswerten Martensit) und das Risiko von Kaltrissen ist gering;
Die Schweißmetallkörner wachsen nicht übermäßig, die Entmischung von Verunreinigungen ist nicht signifikant und die Gefahr von Heißrissen ist gering;
Die Wasserstoffdiffusion ist ausreichend (wenn die Zwischenlagentemperatur größer oder gleich 150 Grad ist, erhöht sich der Wasserstoffdiffusionskoeffizient erheblich) und die Wahrscheinlichkeit einer verzögerten Rissbildung ist gering.
An diesem Punkt kann die Schweißqualität vorläufig als akzeptabel beurteilt werden, die endgültige Überprüfung erfordert jedoch noch eine kombinierte Sichtprüfung (keine Porosität oder fehlende Verschmelzung) und zerstörungsfreie Prüfung.