Ultimativer Leitfaden zum Schweißen von Werkzeugstahl

Werkzeugstahl ist sehr robust und langlebig, was das Schweißen schwieriger macht als bei anderen Metallen. Sein hoher Kohlenstoff- und Legierungsgehalt kann bei unsachgemäßem Schweißen Risse verursachen oder das Material schwächen.

Bei SteelPro Group bieten Ihnen unsere Stahlexperten spezielle Beratung, damit Sie Werkzeugstahl erfolgreich schweißen können. Wir bieten Ihnen die Anleitung, die Sie benötigen, um starke und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, egal ob Sie erfahren sind oder gerade erst anfangen.

Herausforderungen beim Schweißen von Werkzeugstahl

Rissbildung aufgrund hohen Kohlenstoffgehalts

Werkzeugstähle haben einen hohen Kohlenstoffgehalt, der die Härte und Verschleißfestigkeit verbessert, aber auch die Rissgefahr beim Schweißen erhöht. Durch schnelles Abkühlen können spröde Strukturen entstehen, wodurch Risse wahrscheinlicher werden. 

Verformung durch Wärmezufuhr

Hohe Wärmezufuhr beim Schweißen kann dazu führen, dass sich Werkzeugstahl verzieht. Ungleichmäßiges Erhitzen und Abkühlen führt zu Wärmeausdehnung und -kontraktion, was zu Verformungen oder Fehlausrichtungen führt. Die Steuerung der Wärmezufuhr mit geeigneten Schweißparametern und Techniken wie Backstepping oder Klemmen trägt dazu bei, Verformungen zu minimieren.

Härteverlust in der Wärmeeinflusszone (WEZ)

Die Wärmeeinflusszone (WEZ) um die Schweißnaht kann an Härte verlieren, was Verschleißfestigkeit und Leistung mindert. Übermäßige Hitze verändert die Mikrostruktur und beeinträchtigt die Eigenschaften des Werkzeugs. 

Wie schweißt man Werkzeugstahl?

Vorbereitung auf das Schweißen

1. Reinigen und Entfernen von Verunreinigungen

Vor dem Schweißen muss der Werkzeugstahl unbedingt gründlich gereinigt werden, um Schmutz, Fett, Öl oder Rost zu entfernen. Verwenden Sie Drahtbürsten, Lösungsmittel oder Strahlmittel, um eine schadstofffreie Oberfläche zu erzielen. Saubere Oberflächen verhindern Defekte wie Porosität und gewährleisten starke, zuverlässige Schweißnähte.

2. Vorwärmen zur Reduzierung thermischer Belastungen

Das Vorwärmen des Werkzeugstahls ist ein wichtiger Schritt, um thermische Spannungen zu minimieren und Rissbildung zu verhindern. Erhitzen Sie das Material allmählich auf einen Temperaturbereich zwischen 250 °C und 538 °C (400 °F und 1000 °F), je nach spezifischer Werkzeugstahlsorte. Eine gleichmäßige Vorwärmung reduziert Temperaturgradienten während des Schweißens und verringert dadurch die Wahrscheinlichkeit von Verformungen und Rissen.

Auswahl des richtigen Schweißverfahrens

WIG-Schweißen

• Vorteile: Bietet hohe Präzision und Kontrolle, was zu sauberen und starken Schweißnähten führt. Ideal für dünne Abschnitte und Detailarbeiten.
• Nachteile: Langsamerer Prozess, der höhere Fertigkeiten erfordert. Nicht ideal für dickere Materialien.

MIG-Schweißen

• Vorteile: Schnellere Schweißgeschwindigkeit und einfacher zu erlernen. Geeignet für verschiedene Dicken und erzeugt gleichmäßige Schweißnähte.
• Nachteile: Geringere Kontrolle über die Schweißqualität im Vergleich zu WIG. Mehr Spritzer möglich und erfordert Schutzgas.

Stabschweißen

• Vorteile: Vielseitig und im Außenbereich einsetzbar. Wirksam für dickere Materialien und Reparaturen.
• Nachteile: Es müssen mehr Spritzer und Schlacke entfernt werden. Für qualitativ hochwertige Schweißnähte sind geringere Präzision und höhere Fachkenntnisse erforderlich.

Wählen Sie Füllmetalle und Elektroden

Geeignete Füllstoffe

Verwenden Sie wasserstoffarme Elektroden oder Füllmetalle, die speziell für Werkzeugstahl entwickelt wurden. Beispiele:

• ER70S-6 (für MIG-Schweißen): Bietet gute Schweißfestigkeit und Duktilität.
• E7018 (für Stabschweißen): Wasserstoffarme Elektrode, die Rissbildung reduziert.
• Ni-basierte Füllstoffe (für WIG-Schweißen): Verbessern Sie die Zähigkeit und verringern Sie die Sprödigkeit.

Passende Füllmetalle für Werkzeugstahl

Um die Integrität und die mechanischen Eigenschaften des Werkzeugstahls zu erhalten, ist es wichtig, die Füllmetalle auf die Zusammensetzung des Grundmaterials abzustimmen:

• Werkzeugstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt: Verwenden Sie Füllstoffe mit ähnlichem Kohlenstoffgehalt, um Härte und Verschleißfestigkeit zu erhalten. Um Rissbildung zu minimieren, werden Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt wie E7018 empfohlen.
• Hochlegierte Werkzeugstähle: Füllstoffe auf Nickelbasis sind vorzuziehen, da sie die Zähigkeit verbessern und die Sprödigkeit verringern und sich an den Eigenschaften hochlegierter Stähle orientieren.
• Werkzeugstähle mit niedrigerer Legierung: Diese können beim Schweißen zwar weicher werden, die Auswahl geeigneter Füllstoffe und die Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen können jedoch dabei helfen, die gewünschten Eigenschaften wiederherzustellen. 

Praktische Tipps für die Anwendung von Schweißzusätzen

1. Schichtung: Beginnen Sie mit weichen Stäben, um eine stabile Basis zu schaffen, und wechseln Sie dann für die letzten Schichten zu harten Stäben. Dieser Ansatz schafft ein Gleichgewicht zwischen Flexibilität und Stärke.
2. Ebenen minimieren: Vermeiden Sie eine übermäßige Schichtung harter Stäbe, um zu verhindern, dass die Schweißnaht zu spröde wird, was zu Rissen führen kann.
3. Lieferanten konsultieren: Die SteelPro Group kann Ihnen spezielle Elektroden oder Schweißdrähte empfehlen, die auf die jeweilige Werkzeugstahlsorte abgestimmt sind, mit der Sie arbeiten.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Stressabbau

Führen Sie nach dem Schweißen eine Spannungsentlastung durch, um die durch den Schweißvorgang entstandenen Restspannungen zu reduzieren. Erhitzen Sie den geschweißten Werkzeugstahl auf eine bestimmte Temperatur unterhalb seines kritischen Punktes und halten Sie diese Temperatur, um eine Spannungsumverteilung zu ermöglichen.

Anlassen zur Wiederherstellung von Härte und Zähigkeit

Temperieren Sie den geschweißten Werkzeugstahl, um seine Härte und Zähigkeit wiederherzustellen. Dabei wird das Material auf eine Anlasstemperatur, normalerweise zwischen 150 °C und 650 °C (300 °F und 1200 °F), wieder erhitzt und anschließend abgekühlt. Durch richtiges Temperieren wird sichergestellt, dass der geschweißte Bereich seine mechanischen Eigenschaften wiedererlangt, was Haltbarkeit und Leistung verbessert.

Zusätzliche Tipps zum erfolgreichen Schweißen von Werkzeugstahl

Richtiges Klemmen und Halten

Stellen Sie sicher, dass die Werkzeugstahlteile während des Schweißens sicher und rechtwinklig gehalten werden, um Fehlausrichtungen und Verformungen zu vermeiden.

Fasenvorbereitung

Bereiten Sie Fasen mit einer geeigneten Tiefe (normalerweise etwa ein Drittel der Materialstärke) und einem Mindestwinkel von 45 Grad vor, um eine ausreichende Schweißdurchdringung und Nahtqualität sicherzustellen.

Kontrollierte Kühlung

Lassen Sie den Werkzeugstahl nach dem Schweißen langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Schnelles Abkühlen kann die Aushärtung beschleunigen und die Rissgefahr erhöhen.

Inspektion und Schleifen

Untersuchen Sie den Schweißbereich auf Risse oder Defekte. Schleifen Sie alle Unregelmäßigkeiten ab, bevor Sie nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung durchführen.

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