Fertigungsdienstleistungen für Nickellegierungen | Maßgeschneiderte Schweißarbeiten, CNC-Werkstatt

Bei MWalloys können wir gleich zu Beginn festhalten: Der Erfolg oder Misserfolg bei der Fertigung von Nickellegierungen hängt von drei steuerbaren Variablen ab: der Wärmezufuhr beim Schweißen, der Spankontrolle bei der Zerspanung und der konsequenten Qualitätskontrolle nach beiden Arbeitsschritten. Wenn diese drei Faktoren stimmen, dann ist ein Hastelloy C276 Reaktordüse oder eine Inconel 625 Unterwasser-Flowline-Fittings halten länger als die Anlage, in der sie verbaut wurden. Wer hier Fehler macht, muss mit Heißrissen, verzerrten Toleranzen und einem abgelehnten Werksprüfbericht rechnen. Wir haben Jahre damit verbracht, GTAW-Schweißnähte auf 625-Auftragsschichten auszuführen und diese zu fräsen, Monel K-500 Wellen, die bei jedem Durchlauf dem Werkzeugverschleiß entgegenwirken, und das Vorbeiführen von Röntgenfilmen an den Prüfern des Kunden, die genau wissen, wie ein Mikroriss aussieht.

Wenn Ihr Projekt die Inanspruchnahme von Fertigungsdienstleistungen für Nickellegierungen erfordert, können Sie Kontaktieren Sie uns für ein kostenloses Angebot.

Warum erfordert die Bearbeitung von Nickellegierungen eine andere Werkstatt als die von Kohlenstoffstahl?

Die kurze Antwort lautet: Wärmeleitfähigkeit und Kaltverfestigungsrate. Nickellegierungen leiten Wärme etwa ein Drittel so schnell wie Kohlenstoffstahl, sodass sich die Wärme lokal staut, anstatt sich im Bauteil zu verteilen. Allein diese physikalische Tatsache verändert die Schweißparameter, die Vorschübe bei der Zerspanung und sogar die Art und Weise, wie man ein Werkstück in einer Vorrichtung einspannt. Ein Betrieb, der den ganzen Tag lang Baustellen aus Weichstahl fertigt und einen Inconel-Auftrag annimmt, "weil es ja nur ein weiteres Metall ist", wird Teile mit Liquefaktionsrissen an den Korngrenzen oder verformten Flanschen produzieren – manchmal sogar beides.

Wir haben unsere Prozesse auf der gegenteiligen Annahme aufgebaut. Jeder Auftrag mit einer Nickellegierung beginnt mit einem werkstoffspezifischen Schweißverfahren und nicht mit einem generischen Verfahren, das spontan angepasst wird. Jedes CNC-Programm berücksichtigt bereits vor dem ersten Schnitt den Verfestigungsexponenten der Legierung, denn austenitische und nickelreiche Matrixwerkstoffe verfestigen sich bei Verformung, und eine stumpfe Werkzeugbahn verwandelt eine glatte Bohrung in eine kaltverfestigte Oberfläche, die das nächste Werkzeug zermürbt. Das ist keine theoretische Vorsichtsmaßnahme. Es ist der Unterschied zwischen einem Bauteil, das termingerecht ausgeliefert wird, und einem, das mit einer gerissenen Schweißwurzel aus dem Labor des Kunden zurückkommt.

Welche Nickel-Legierungsfamilien bearbeiten und schweißen wir?

Käufer fragen selten abstrakt nach einer "Nickellegierung". Sie fragen nach einer UNS-Nummer oder einem Handelsnamen, da ihr Verfahrenstechniker diese bereits auf der Grundlage einer Korrosionsstudie festgelegt hat. Hier ist die Aufschlüsselung, nach der wir täglich arbeiten.

Wir führen für jedes dieser Produkte zertifiziertes Walzgut und rückverfolgbare Schmelzchargen, da die Qualitätsabteilung eines Kunden die chemischen Zertifikate vor der Zahlungsfreigabe und nicht erst danach anfordert.

Welche Schweißverfahren erfüllen tatsächlich die Anforderungen der ASME Section IX-Zulassung?

Hier zunächst das Fazit: Das GTAW-Schweißen (Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen) mit gepulster geringer Wärmezufuhr bleibt das einzige Verfahren, auf das wir bei Wurzelschweißnähten und Heißschweißgängen an dünnwandigen Rohrleitungen und Druckbauteilen aus Nickellegierungen vertrauen, während das gepulste GMAW-Sprühschweißen oder das FCAW-Schweißen für Füllschweißgänge an dickeren Querschnitten vorbehalten bleibt, sobald die Geometrie der Wurzelnaht festgelegt ist. Das Stabelektrodenschweißen (SMAW) hat seinen Platz bei Monel- und Incoloy-Konstruktionen, bei denen die Abscheidungsgeschwindigkeit wichtiger ist als die Reinheit der Wurzelnaht; wir setzen es jedoch nicht bei Bauteilen ein, die für den Einsatz in sauren Medien oder im kryogenen Bereich vorgesehen sind.

Der Grund liegt in der Berechnung der Wärmezufuhr. ASME IX qualifiziert eine Schweißverfahrensspezifikation anhand eines Wärmezufuhrbereichs, der aus Stromstärke, Spannung und Schweißgeschwindigkeit berechnet wird. Nickellegierungen reagieren besonders empfindlich auf diesen Wert, da eine übermäßige Wärmezufuhr die Wärmeeinflusszone vergrößert, die Entmischung von Phasen mit niedrigem Schmelzpunkt an den Korngrenzen begünstigt und genau die Bedingungen für Heißrisse schafft, die im nächsten Abschnitt beschrieben werden.

Jedes von uns durchgeführte WPS wird durch ein Verfahrensqualifikationsprotokoll (PQR) qualifiziert, das die tatsächlichen Ergebnisse der Biege- und Zugversuche an einem unter Aufsicht geprüften Prüfstück enthält – und nicht durch einen Katalogwert, der aus dem Datenblatt eines Schweißzusatzwerkstoffherstellers übernommen wurde.

Warum entstehen beim Schweißen Risse in Nickellegierungen, und wie lassen sich diese verhindern?

Wir werden diese Frage direkt beantworten, da es sich hierbei um die mit den höchsten Kosten verbundene Fehlerart in dieser Branche handelt: Heißrisse in Nickellegierungen entstehen, weil sich Eutektika aus Schwefel, Phosphor und Niob mit niedrigem Schmelzpunkt während der Erstarrung an die Korngrenzen abscheiden und diese Grenzen unter der Schrumpfspannung, die nach dem Abkühlen der Schweißnaht auftritt, aufreißen. Sowohl Erstarrungsrisse im Schweißgut als auch Liqueationsrisse in der Wärmeeinflusszone beruhen auf demselben Mechanismus, treten jedoch an unterschiedlichen Stellen relativ zur Schweißnaht auf.

Wir steuern dies nicht mit einer einzigen Wunderwaffe, sondern mithilfe von vier praktischen Hebeln.

Zunächst zur chemischen Zusammensetzung des Schweißzusatzwerkstoffs. Wir schreiben Schweißdraht mit niedrigem Schwefel- und Phosphorgehalt vor und überprüfen die Zertifikate hinsichtlich eines maximalen Schwefelgehalts von deutlich unter 0,015 Prozent für rissempfindliche Werkstoffe wie Inconel 718.

Zweitens: das Management der Einengung. Ein starr eingespanntes Gelenk kann die Schrumpfspannung nur über den schwächsten mikrostrukturellen Weg, nämlich die segregierte Korngrenze, abbauen. Wir versetzen die Schweißsequenzen und wenden bei langen Nähten Back-Step- oder Skip-Weld-Techniken an, um die kumulative Einengung gezielt zu reduzieren.

Drittens: die Steuerung der Wärmezufuhr, die in direktem Zusammenhang mit der obigen WPS-Tabelle steht. Eine geringere Wärmezufuhr verengt den weichen Bereich, in dem es zur Entmischung kommt, wodurch sich das Zeitfenster verkürzt, in dem Risse entstehen können.

Viertens: Temperaturkontrolle zwischen den Schweißgängen. Bei den meisten Inconel- und Hastelloy-Arbeiten begrenzen wir die Temperatur zwischen den Schweißgängen auf 150 °C, da übermäßige Wärme zwischen den Schweißgängen das Kornwachstum in der Wärmeeinflusszone fördert und genau jene Korngrenzen vergröbert, an denen Risse entstehen.

Risse aufgrund von Dehnungsalterung verdienen eine gesonderte Erwähnung, da sie Werkstätten bei ausscheidungsgehärteten Legierungen wie Inconel 718 und Waspaloy unvorbereitet treffen. Der Riss entsteht nicht während des Schweißvorgangs. Er tritt erst Stunden oder Tage später während der Alterungswärmebehandlung nach dem Schweißen auf, wenn sich Gamma-Prime-Ausscheidungen bilden und die damit einhergehende Volumenänderung eine bereits durch Karbidschichten an den Korngrenzen geschwächte Wärmeeinflusszone auseinanderreißt. Wir begegnen diesem Problem, indem wir den Lösungsglüh- und Auslagerungszyklus streng gemäß den Wärmebehandlungsspezifikationen des Legierungslieferanten für die Luft- und Raumfahrt steuern und die Prüfung nicht nur nach dem Schweißen, sondern auch nach der Auslagerung durchführen.

Wie wirkt sich die Wärmeausdehnung auf unsere CNC-Bearbeitungsparameter aus?

Nickellegierungen dehnen sich weniger aus und ziehen sich weniger zusammen als Aluminium, erzeugen jedoch an der Schneide weitaus stärker Wärme, da dieselbe geringe Wärmeleitfähigkeit, die das Schweißen erschwert, auch dazu führt, dass sich die bei der Bearbeitung entstehende Wärme an der Werkzeugspitze konzentriert, anstatt sich im Werkstück auszubreiten. Ein Hartmetall-Einsatz, der bei der Bearbeitung von 1.000 Teilen aus 4140-Stahl noch intakt ist, hält bei Inconel 718 möglicherweise nur zwanzig Teile durch, bevor der Verschleiß der Schneide die Toleranzen außerhalb der Spezifikation treibt.

Wir nehmen drei Anpassungen standardmäßig vor und betrachten sie nicht als Ausnahmen. Die Schnittgeschwindigkeiten sinken auf etwa ein Drittel der entsprechenden Werte für Stahl, typischerweise 15 bis 30 Meter pro Minute beim Drehen von Inconel 625, verglichen mit 90 bis 120 bei Kohlenstoffstahl. Die Vorschubgeschwindigkeiten werden entsprechend der Verringerung der Schnittgeschwindigkeit erhöht, damit das Werkzeug schneidet und nicht reibt, da Reibung lokale Wärme erzeugt, die sowohl den Werkzeugverschleiß als auch die Kaltverfestigung beschleunigt. Die Kühlmittelzufuhr erfolgt über Hochdruck-Durchflusssysteme statt über Flutkühlung, da bei einer durch die Wärmeleitfähigkeit bedingten Begrenzung die direkte Zufuhr der Flüssigkeit zur Schneidkante wichtiger ist als die Menge.

Die Maßhaltigkeit während der Bearbeitung hängt auch vom Spannungsabbau vor den Enddurchgängen ab. Stangenmaterial und Schmiedeteile weisen Restspannungen aus der Walzerei auf, und Schruppbearbeitungen an Nickellegierungen setzen diese Spannungen ungleichmäßig frei, was dazu führt, dass sich die Teile während des Programms verschieben. Bei allen Werkstücken mit Toleranzen unter 0,05 mm – insbesondere bei langen Wellen und dünnwandigen Hülsen – führen wir zunächst die Grobbearbeitung durch, entspannen das Werkstück anschließend und führen dann die Feinbearbeitung durch.

Wie lassen sich Arbeitshärtungen beim Fräsen und Drehen kontrollieren?

Dies ist das Bearbeitungsproblem, nach dem Käufer selten fragen, bis sie ein Teil mit Rüttelspuren oder einem abgebrochenen Gewindebohrer erhalten. Nickellegierungen, insbesondere die austenitischen und die Lösungsglüh-Sorten, weisen einen hohen Verfestigungsexponenten auf. Das bedeutet, dass die Oberflächenschicht jedes Mal messbar härter wird, wenn eine Schneidkante sie verformt, ohne dabei tatsächlich Material sauber abzutragen.

Die praktische Konsequenz: Leichte Endbearbeitungsdurchgänge, die "nur die Oberfläche streifen", sind bei Nickellegierungen der denkbar schlechteste Ansatz. Ein zu flacher Durchgang poliert die Oberfläche eher, anstatt sie zu zerspanen, wodurch die Oberfläche kaltverfestigt wird, und der nächste Durchgang muss dann Material zerspanen, das härter ist als das Grundmetall. Wir legen bei jedem Schlichtvorgang eine Mindestspandicke fest und gehen bei Inconel- und Hastelloy-Sorten in der Regel nie unter eine Schnitttiefe von 0,1 mm, um genau diesen Poliereffekt zu vermeiden.

Die Werkzeuggeometrie ist ebenso wichtig wie die Parameter. Wir bevorzugen Wendeplatten mit positivem Spanwinkel und scharfen Schneidkanten gegenüber den bei der Grobbearbeitung von Stahl üblichen Geometrien mit negativem Spanwinkel, da eine scharfe Kante das Material abschert, anstatt es zur Seite zu schieben, wodurch die plastische Verformung verringert wird, die zur Verhärtung führt. Unterbrochene Schnitte, wie das Fräsen einer Nut oder das Bohren eines Querlochs, sind besonders belastend, da jeder Ein- und Austrittspunkt die Oberfläche erneut härtet. Daher reduzieren wir bei programmierbaren Maschinen den Vorschub an den Ein- und Austrittspunkten, anstatt über den gesamten Schnitt hinweg einen konstanten Vorschub zu fahren.

Welche metallurgischen Phasen sollten Käufer vor der Bestellung kennen?

Ein Einkaufsingenieur benötigt zwar keinen Abschluss in Materialwissenschaften, doch das Verständnis der Dreiphasen-Konzepte beugt vielen Missverständnissen bei der Bestellung vor.

Die Festigkeitssteigerung durch Mischkristallbildung beschreibt, wie Legierungen wie Inconel 625 und Hastelloy C276 ihre Festigkeit erhalten: Molybdän- und Chromatome verzerren das Nickelgitter so stark, dass es der Bewegung von Versetzungen widerstehen kann, ohne dass sich eine separate Ausscheidungsphase bildet. Diese Legierungen bleiben über einen weiten Bereich von Wärmebehandlungsbedingungen hinweg duktil und schweißbar, weshalb sie bei geschweißten Druckbehältern und Rohrleitungsanwendungen vorherrschend sind.

Unter Ausscheidungshärtung versteht man Legierungen wie Inconel 718 und Waspaloy, bei denen durch eine kontrollierte Alterungswärmebehandlung Gamma-Prime- oder Gamma-Double-Prime-Ausscheidungen gebildet werden, die die Versetzungsbewegung weitaus wirksamer blockieren als die feste Lösung allein. Diese Legierungen erreichen eine höhere Festigkeit, lassen sich jedoch deutlich schwieriger rissfrei schweißen, weshalb für Turbinenkomponenten in der Luft- und Raumfahrt im Rahmen der Werkstoffzertifizierung präzise Lösungs- und Auslagerungszyklen vorgeschrieben sind.

Die Ausscheidung von Karbiden an Korngrenzen, insbesondere die Bildung von Chromkarbid im Temperaturbereich von 550 bis 850 °C – oft als Sensibilisierungsbereich bezeichnet –, verringert lokal die Korrosionsbeständigkeit, auch wenn sie die Legierung mechanisch nicht unbedingt schwächt. Dies ist vor allem beim Einsatz von Incoloy 800H/HT in Hochtemperaturumgebungen von Bedeutung, wo wir sowohl bei der Fertigung als auch bei jeder anschließenden Wärmebehandlung kontrollierte Abkühlgeschwindigkeiten durch den Sensibilisierungsbereich vorschreiben, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, für die der Kunde die Legierung ursprünglich erworben hat.

Welche Vorschriften und Industriestandards gelten für unseren Fertigungsprozess?

In jedem unserer Angebote verweisen wir auf bestimmte Normen, da die Qualitätsabteilung eines Kunden ein Bauteil, das nach dem falschen Dokument zertifiziert wurde, zurückweisen wird – ganz gleich, wie gut die Schweißnaht unter der Lupe aussieht.

Wir verfügen für jede in unserer Schweißverfahren-Bibliothek aufgeführte Position und jedes Verfahren über aktuelle Schweißerqualifikationen gemäß ASME IX und erneuern diese Qualifikationen gemäß dem in der Norm vorgeschriebenen Zeitplan, anstatt die Zertifizierungen zwischen den einzelnen Aufträgen verfallen zu lassen.

Was wird bei unserem 100%-NDT-Prüfprogramm eigentlich überprüft?

Die lückenlose zerstörungsfreie Prüfung bei der Fertigung von Nickellegierungen ist kein Marketing-Häkchen, sondern eine Reaktion auf eine echte Einschränkung: Austenitisches und nickelreiches Schweißgut weist eine grobe, säulenförmige Kornstruktur auf, die Ultraschallwellen streut und die herkömmliche Auswertung mittels Ultraschallprüfung im Vergleich zu ferritischem Stahl erheblich erschwert. Diese eine Tatsache bestimmt unseren gesamten Prüfablauf.

Die Röntgenprüfung (RT) ist nach wie vor unser primäres volumetrisches Verfahren für Schweißnähte, da die Film- oder digitale Röntgenprüfung die grobkörnige Struktur durchdringt, ohne dass dabei Streuprobleme auftreten, die die Empfindlichkeit der Ultraschallprüfung einschränken. Jede druckführende Schweißnaht an einer Nickellegierung wird zu 100 Prozent einer RT-Prüfung unterzogen, deren Auswertung anhand der Annahmekriterien aus ASME Abschnitt VIII, Abteilung 1 oder der Kundenspezifikation erfolgt, je nachdem, welche strenger sind.

Die Eindringprüfung (PT) erkennt oberflächennahe Anzeichen, die bei einer reinen Röntgenprüfung (RT) möglicherweise übersehen würden, insbesondere die zuvor erwähnten Mikrorisse im Zusammenhang mit Heißrissen. Wir führen die PT an jeder Schweißnahtkrone und jedem Wurzelgang durch, die für eine Oberflächenprüfung zugänglich sind, und beschränken uns nicht nur auf Stichproben.

Die Ultraschallprüfung spielt nach wie vor eine Rolle, in der Regel bei dickeren Wandstärken über 25 mm und zur Erkennung von Schweißfehlern zwischen den Lagen. Wir kombinieren sie jedoch mit einem qualifizierten Verfahren, das speziell anhand von Referenzblöcken aus Nickellegierungen kalibriert wurde und nicht anhand eines generischen Kalibrierstandards aus Stahl, da die Anwendung eines für Stahl kalibrierten Ultraschallverfahrens bei Nickellegierungen zu einem falschen Vertrauen führt.

Die positive Materialidentifizierung (PMI) mittels handgeführter Röntgenfluoreszenz schließt den Kreis des gesamten Prüfprogramms, indem sie vor dem Versand sicherstellt, dass die tatsächliche chemische Zusammensetzung des gelieferten Bauteils mit der spezifizierten Legierung übereinstimmt, und so Verwechslungen bei der Werkstoffmischung aufdeckt, die bei einer Schweißnahtprüfung niemals entdeckt würden.

Wo kommen diese gefertigten Bauteile im Einsatz zum Einsatz?

Die oben beschriebene theoretische Metallurgie findet in einer Handvoll anspruchsvoller Branchen Anwendung, wobei in jeder Branche eine andere Eigenschaft der Legierung im Vordergrund steht.

Wir haben alle Punkte in dieser Tabelle erfüllt, und allen gemeinsam ist, dass die Art des Ausfalls beim Kunden die Wahl der Legierung bestimmt, lange bevor überhaupt über den Preis gesprochen wird. Ein Einkäufer, der entgegen der Empfehlung eines Korrosionsingenieurs eine billigere Legierung wählt, kauft sich damit keinen Preisvorteil, sondern ein zukünftiges Ausfallrisiko im Einsatz.

Wie sollten Käufer einen Auftrag zur Fertigung von Nickellegierungen spezifizieren?

Wir bitten jeden Neukunden vor der Angebotserstellung um fünf Angaben, deren frühzeitige Bereitstellung den Angebotszyklus erheblich verkürzt. Einsatzumgebung und erwarteter Temperaturbereich, da dies darüber entscheidet, ob eine Mischkristalllegierung oder eine ausscheidungsgehärtete Legierung zum Einsatz kommt. Geltende Norm, sei es ASME VIII, API 6A oder eine kundeneigene Spezifikation, da diese die Abnahmekriterien für die Prüfung festlegt, bevor die Fertigung beginnt. Erforderlicher Umfang der zerstörungsfreien Prüfung (NDT), sei es eine 100-prozentige volumetrische Abdeckung oder Stichprobenprüfung, da dies sowohl die Kosten als auch den Zeitplan beeinflusst. Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen, da einige Legierungen nach dem Schweißen ein Lösungsglühen benötigen, um die durch Sensibilisierung verlorene Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen. Erwartungen an die Dokumentationsunterlagen, einschließlich Werkstoffzertifikate, WPS-/PQR-Unterlagen und NDT-Berichte, da Kunden aus der Luft- und Raumfahrt sowie der Nuklearindustrie vollständige Rückverfolgbarkeit verlangen, während Käufer aus der allgemeinen Industrie manchmal ein zusammenfassendes Zertifikat akzeptieren.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Inconel 625 und Inconel 718 in Bezug auf die Verarbeitung?
Inconel 625 ist durch Festlösungshärtung verstärkt und bleibt über einen weiten Bereich der Wärmezufuhr gut schweißbar, was es zur ersten Wahl für geschweißte Rohrleitungen und Druckbauteile macht. Inconel 718 gewinnt seine Festigkeit durch Gamma-Double-Prime-Ausscheidungen während der Alterungswärmebehandlung, was es zwar erheblich fester macht, aber auch anfälliger für Spannungsrissbildung während und nach dem Schweißen. Wir schreiben 625 für die meisten gefertigten Druckbehälter vor und reservieren 718 für bearbeitete oder geschmiedete Bauteile wie Befestigungselemente und Turbinenkomponenten, bei denen die Ausscheidungshärtung der ausschlaggebende Grund für die Wahl der Legierung ist.

Warum ist das Schweißen von Nickellegierungen teurer als das Schweißen von Edelstahl?
Der Kostenaufschlag ergibt sich aus drei sich verstärkenden Faktoren, nicht nur aus einem. Schweißzusatzwerkstoff für Nickellegierungen kostet pro Gewichtseinheit ein Vielfaches des Preises von Edelstahl-Schweißzusatzwerkstoff. Die Schweißgeschwindigkeit sinkt, da Verfahren mit geringer Wärmeeinbringung langsamere Vorschubgeschwindigkeiten und mehr Schweißgänge erfordern, um dieselbe Verbindung herzustellen. Der Prüfumfang erhöht sich in der Regel auf eine 100-prozentige volumetrische Abdeckung anstelle einer Stichprobenprüfung. Zusammen können diese Faktoren die Gesamtfertigungskosten auf das Zwei- bis Dreifache eines vergleichbaren Auftrags aus Edelstahl treiben. Deshalb ist die genaue Auswahl der Legierung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Einsatzbedingungen wichtiger, als aus Vorsicht standardmäßig auf eine Premium-Güte zurückzugreifen.

Können Schweißnähte aus Nickellegierungen repariert werden, nachdem sie die zerstörungsfreie Prüfung nicht bestanden haben?
Ja, aber das Reparaturverfahren erfordert eine eigene Qualifikation, und wiederholte Reparaturversuche an derselben Stelle erhöhen das Rissrisiko, anstatt es zu verringern. Wir entfernen das beanstandete Schweißgut durch Abschleifen bis auf das durch PT bestätigte intakte Grundmetall und schweißen anschließend gemäß einem qualifizierten Reparatur-WPS nach, dessen Anforderungen an die Wärmezufuhr mindestens so streng sind wie beim ursprünglichen Verfahren. In der Branche werden Reparaturversuche an derselben Verbindungsstelle in der Regel auf zwei begrenzt, bevor eine technische Überprüfung erforderlich wird, da jeder thermische Zyklus das Kornwachstum in der Wärmeeinflusszone verstärkt, was die Rissanfälligkeit erhöht.

Wie lange dauert ein typisches Fertigungsprojekt mit Nickellegierungen von der Bestellung bis zur Auslieferung?
Die Vorlaufzeit hängt in hohem Maße vom Umfang der Prüfungen und der Materialverfügbarkeit ab und nicht allein von der Schweißzeit. Bei einem einfachen Rohrträger aus Inconel 625 mit standardmäßiger zerstörungsfreier Prüfung (NDT) beträgt die Vorlaufzeit ab Materialerhalt in der Regel vier bis sechs Wochen. Bei einem ausscheidungsgehärteten Bauteil aus Inconel 718, das eine Lösungsglühung, Alterung und vollständige Luft- und Raumfahrtdokumentation erfordert, kann die Lieferzeit zehn bis vierzehn Wochen betragen, da die Wärmebehandlungszyklen und der Zertifizierungsaufwand Zeit in Anspruch nehmen, die sich durch die Schweißgeschwindigkeit nicht verkürzen lässt. Wir geben bei Auftragserteilung einen verbindlichen Zeitplan auf der Grundlage der bestätigten Materialverfügbarkeit an, anstatt bereits in der Angebotsphase eine optimistische Schätzung abzugeben.

Was verursacht Porosität in Schweißnähten aus Nickellegierungen und wie lässt sich diese verhindern?
Porosität in Schweißnähten aus Nickellegierungen entsteht meist durch unzureichende Schutzgasabdeckung, da geschmolzenes Nickel bei Kontakt mit der Atmosphäre leicht Stickstoff und Wasserstoff aufnimmt, sowie durch verunreinigten Schweißdraht oder Grundmetalloberflächen, die Öl, Oxid oder Feuchtigkeit in das Schweißbad einbringen. Wir beugen dem durch eine strenge Gaslinsenabdeckung an TIG-Brennern, nachlaufende Schutzschilde an an Edelstahl angrenzenden Verbindungen sowie die Reinigung von Schweißdraht und Fugenkanten mit Lösungsmitteln unmittelbar vor dem Schweißen vor, anstatt uns auf eine bereits früher im Werkstattprozess durchgeführte Reinigung zu verlassen.

Ist bei der Fertigung von Nickellegierungen immer eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich?
Nein, und eine unnötige Anwendung kann bei einigen Legierungssorten die Korrosionsbeständigkeit sogar verringern. Legierungen in fester Lösung wie Hastelloy C276 und Inconel 625 erfordern im Allgemeinen keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, da das Schweißen ihre Mikrostruktur nicht nennenswert sensibilisiert. Ausscheidungsgehärtete Legierungen wie Inconel 718 erfordern in der Regel ein Lösungsglühen und eine Alterung nach dem Schweißen, um die Auslegungsfestigkeit in der Wärmeeinflusszone wiederherzustellen. Wir legen die Anforderungen anhand der jeweiligen Legierung und der maßgeblichen Norm fest, anstatt eine pauschale Wärmebehandlungsrichtlinie für jeden Auftrag anzuwenden.

Mit welchem zerstörungsfreien Prüfverfahren lassen sich Heißrisse in Schweißnähten aus Nickellegierungen am besten erkennen?
Die Eindringprüfung erkennt oberflächenbrechende Heißrisse am zuverlässigsten, da das Eindringmittel durch seine feine Kapillarwirkung auch in Mikrorisse eindringt, die für eine Sichtprüfung zu klein sind. Die Röntgenprüfung erkennt Risse unter der Oberfläche, kann jedoch je nach Ausrichtung im Verhältnis zum Film sehr schmale, dicht verschlossene Risse übersehen. Wir wenden beide Verfahren gemeinsam bei rissanfälligen Legierungen und Ausrichtungen an, da die alleinige Verwendung einer der beiden Methoden eine Erkennungslücke hinterlässt, die durch das jeweils andere Verfahren geschlossen wird.

Wie entscheiden wir uns bei einer Anwendung im maritimen Bereich zwischen Monel 400 und Monel K-500?
Monel 400 ist eine Festlösungslegierung, die duktil und gut schweißbar ist und sich für Ventilkörper, Rohrleitungen und allgemeine, dem Meerwasser ausgesetzte Bauteile eignet. Monel K-500 gewinnt durch eine Alterungshärtung mit Aluminium und Titan an Festigkeit, wodurch sich die Streckgrenze im Vergleich zu Monel 400 etwa verdoppelt; dieselbe Alterungsbehandlung erschwert jedoch das rissfreie Schweißen erheblich. Wir schreiben K-500 fast ausschließlich für bearbeitete Bauteile wie Pumpenwellen und Befestigungselemente vor, bei denen hohe Festigkeit entscheidend ist und kein Schweißen erforderlich ist, und greifen standardmäßig auf 400 zurück, wenn eine Schweißverbindung benötigt wird.

Welche Unterlagen müssen einer Lieferung von Druckteilen aus einer Nickellegierung beiliegen?
Ein vollständiges Paket umfasst Werkstoffprüfzeugnisse, die die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften rückführbar auf die ursprüngliche Schmelzcharge bestätigen, die qualifizierte Schweißverfahrenanweisung (WPS) und die zugehörigen PQR für jede Schweißnaht am Bauteil, ZFG-Berichte, die den Umfang der durchgeführten Prüfung unter Angabe der Abnahmekriterien abdecken, sowie ein Konformitätszertifikat, das das fertige Bauteil mit der maßgeblichen Norm verknüpft. Wir stellen dieses Paket vor dem Versand zusammen und nicht erst danach, da die Wareneingangskontrolle des Kunden das Bauteil an der Laderampe zurückhält, bis die vollständigen Unterlagen vorliegen.

Warum versagen Teile aus Nickellegierungen manchmal im Einsatz, obwohl sie bei der Herstellung alle Prüfungen bestanden haben?
Das Bestehen der Prüfung während der Fertigung bestätigt, dass das Bauteil zu diesem Zeitpunkt den Spezifikationen entsprach; es garantiert jedoch keine Unempfindlichkeit gegenüber Betriebsbedingungen, die außerhalb der ursprünglichen Auslegungsgrundlage liegen, wie beispielsweise unerwartete Chloridkonzentrationen, höhere Betriebstemperaturen oder zyklische Belastungen, die über die Auslegungs-Ermüdungskurve hinausgehen. Wir begegnen diesem Problem, indem wir bereits in der Spezifikationsphase auf eine genaue Offenlegung der Betriebsbedingungen drängen, da die häufigste Ursache für von uns untersuchte Ausfälle im Betrieb nicht auf einen Fertigungsfehler zurückzuführen ist, sondern auf eine Legierung, die auf der Grundlage zu optimistischer Betriebsannahmen ausgewählt wurde.

Überprüfbare Quellen

ASME-Norm für Kessel und Druckbehälter, Abschnitt IX, Qualifikationen für Schweißen, Hartlöten und Schmelzschweißen, The American Society of Mechanical Engineers.

ASME-Code für Kessel und Druckbehälter, Abschnitt VIII, Teil 1, Vorschriften für den Bau von Druckbehältern.

NACE MR0175 / ISO 15156, Erdöl- und Erdgasindustrie, Werkstoffe für den Einsatz in H₂S-haltigen Umgebungen bei der Erdöl- und Erdgasförderung, NACE International und Internationale Organisation für Normung.

API-Spezifikation 6A, Spezifikation für Bohrlochkopf- und Christmas-Tree-Ausrüstung, American Petroleum Institute.

AMS 5662 und AMS 5663, Stangen, Schmiedeteile und Ringe aus Nickellegierungen, SAE International – Werkstoffspezifikationen für die Luft- und Raumfahrt.

ASTM B564, Norm für Schmiedeteile aus Nickellegierungen, und ASTM B366, Norm für werkseitig hergestellte Formstücke aus Nickel und Nickellegierungen, ASTM International.

Special Metals Corporation, technische Datenblätter zu den Legierungsfamilien Inconel, Incoloy und Monel.

Haynes International, technische Datenblätter zum Schweißen und zur Verarbeitung von Hastelloy-Legierungen.

Sind Sie bereit, Ihr Nickel-Legierungs-Projekt voranzubringen?

Wenn in Ihrer Projektzeichnung Inconel, Hastelloy, Monel oder Incoloy angegeben ist und Sie einen Fertigungspartner benötigen, der Schweißverfahren gemäß ASME IX qualifiziert, anstatt den Wärmeeintrag zu schätzen, steht Ihnen unser Team bei MWalloys gerne zur Verfügung, um Ihre Spezifikation zu prüfen. Senden Sie uns Ihre Zeichnung, die Betriebsbedingungen und die maßgeblichen Normen zu, und wir unterbreiten Ihnen ein Angebot, das die tatsächlichen metallurgischen Anforderungen Ihrer Anwendung berücksichtigt – und nicht nur eine allgemeine Schätzung darstellt. Kontaktieren Sie noch heute unsere technische Abteilung, um mit der Materialprüfung zu beginnen.