Mit der Entwicklung der Stahl-, Petrochemie-, Schifffahrts- und Elektrizitätsindustrie tendieren die Schweißkonstruktionen dazu, sich in Richtung Großformat, Großkapazität und hohe Parameter zu entwickeln, und einige von ihnen arbeiten noch immer in Niedertemperatur-, kryogenen, korrosiven Medien und anderen Umgebungen.
Daher werden häufig verschiedene niedriglegierte hochfeste Stähle, mittel- und hochlegierte Stähle, superfeste Stähle und verschiedene Legierungsmaterialien verwendet. Die Verwendung dieser Stahlsorten und Legierungen bringt jedoch viele neue Probleme bei der Schweißproduktion mit sich, von denen Schweißrisse das häufigste und schwerwiegendste sind.
Risse treten manchmal beim Schweißen und manchmal während der Platzierung oder des Betriebs auf und sind sogenannte verzögerte Risse. Da solche Risse bei der Herstellung nicht erkannt werden können, ist der Schaden, der durch solche Risse entsteht, noch schwerwiegender. Beim Schweißprozess entstehen viele Arten von Rissen. Nach der aktuellen Forschung können sie je nach Art der Risse grob in die folgenden fünf Kategorien unterteilt werden:
Nr. 1. Heißer Riss
Heißrisse entstehen beim Schweißen bei hohen Temperaturen und werden daher als Heißrisse bezeichnet. Je nach Material des geschweißten Metalls unterscheiden sich auch Form, Temperaturbereich und Hauptursache des Heißrisses. Daher wird der Heißriss in drei Kategorien unterteilt: Kristallisationsriss, Verflüssigungsriss und polygonaler Riss.
1. Kristallrisse
Im Spätstadium der Kristallisation schwächt der durch das eutektische Material mit geringem Volumen gebildete Flüssigkeitsfilm die Verbindung zwischen den Körnern und es entstehen Risse unter der Einwirkung von Zugspannungen.
Es tritt vor allem bei Schweißnähten aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl mit mehr Verunreinigungen (hoher Gehalt an Schwefel, Phosphor, Eisen, Kohlenstoff und Silizium) sowie bei Schweißnähten aus einphasigem austenitischem Stahl, Nickelbasislegierungen und einigen Aluminiumlegierungen auf. In Einzelfällen können in der Wärmeeinflusszone auch kristalline Risse auftreten.
2. Hochtemperatur-Verflüssigungsriss
Unter Einwirkung der Spitzentemperatur des Schweißwärmezyklus kommt es in der Wärmeeinflusszone und zwischen den Lagen der Mehrlagenschweißung zum Umschmelzen und unter Spannungseinwirkung zur Rissbildung.
Es tritt hauptsächlich bei hochfesten Stählen mit Chrom und Nickel, austenitischen Stählen und einigen Nickellegierungen in der Nahtzone oder zwischen Mehrschichtschweißnähten auf. Wenn der Gehalt an Schwefel, Phosphor und Siliziumkohlenstoff im Grundmetall und im Schweißdraht hoch ist, steigt die Neigung zur Verflüssigungsrissbildung erheblich an.
3. Multilaterale Risse
In der erstarrten Kristallisationsfront bewegen sich die Gitterdefekte unter Einwirkung hoher Temperaturen und Spannungen und aggregieren zu einer sekundären Grenze, die sich bei hohen Temperaturen in einem wenig plastischen Zustand befindet und unter Einwirkung von Spannungen Risse erzeugt.
Mehrseitige Risse treten vor allem in Schweißnähten von Reinmetallen oder einphasigen austenitischen Legierungen sowie in der schweißnahtnahen Region auf und zählen zum Typ der Heißrisse.
Nr. 2. Risse wieder erhitzen
Bei Stählen mit dicker geschweißter Blechstruktur und einigen ausscheidungshärtenden Legierungselementen werden die Risse, die in den grobkörnigen Teilen der Schweißwärmeeinflusszone während der Spannungsentlastungswärmebehandlung oder des Betriebs bei einer bestimmten Temperatur auftreten, als Wiedererwärmungsrisse bezeichnet. Wiedererwärmungsrisse treten hauptsächlich in den grobkörnigen Teilen der Schweißwärmeeinflusszone von niedriglegierten hochfesten Stählen, perlitischen hitzebeständigen Stählen, austenitischen rostfreien Stählen und einigen Nickelbasislegierungen auf.
Nr. 4. Kälterisse
Kaltrisse sind eine häufige Art von Rissen, die beim Schweißen entstehen und entstehen, wenn die Temperatur nach dem Schweißen auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird. Kaltrisse treten hauptsächlich in der Schweißwärmeeinflusszone von niedrig legiertem Stahl, mittel legiertem Stahl, mittelkohlenstoffhaltigem und hochkohlenstoffhaltigem Stahl auf. In Einzelfällen, beispielsweise beim Schweißen von ultrahochfesten Stählen oder bestimmten Titanlegierungen, treten auch Kaltrisse im Schweißgut auf.
Je nach den unterschiedlichen Stahlsorten und zu schweißenden Konstruktionen gibt es auch unterschiedliche Arten von Kaltrissen, die sich grob in folgende drei Kategorien unterteilen lassen:
1. Verzögerter Riss
Es handelt sich um eine häufige Form von Kaltrissen. Das Hauptmerkmal besteht darin, dass sie nicht unmittelbar nach dem Schweißen auftreten, sondern eine allgemeine Inkubationszeit haben. Es handelt sich um einen Riss mit verzögerten Eigenschaften, der durch die kombinierte Einwirkung von gehärteter Struktur, Wasserstoff und Zwangsspannung entsteht.
2. Abschrecken von Rissen
Diese Art von Riss tritt grundsätzlich nicht verzögert auf, sondern wird unmittelbar nach dem Schweißen entdeckt, manchmal entsteht er in der Schweißnaht, manchmal in der Wärmeeinflusszone.
Es liegt überwiegend eine verhärtete Struktur vor, Risse entstehen durch die Einwirkung von Schweißspannungen.
3. Geringer plastischer Versprödungsriss
Bei einigen Materialien mit geringer Plastizität übersteigt die durch die Schrumpfkraft verursachte Belastung bei Kälte bis zu niedrigen Temperaturen die plastische Reserve des Materials selbst oder es entstehen Risse, weil das Material spröde wird. Da es bei niedrigeren Temperaturen entsteht, ist es auch eine andere Form von Kaltrissen, aber es gibt kein Verzögerungsphänomen.
Nr. 4. Laminares Reißen
Im Herstellungsprozess großer Ölförderplattformen und dickwandiger Druckbehälter kommt es manchmal zu Stufenrissen parallel zur Walzrichtung, dem sogenannten Laminar Tearing.
Dies ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von schichtweisen Einschlüssen (entlang der Walzrichtung) im Inneren der Stahlplatte und die beim Schweißen erzeugte Spannung senkrecht zur Walzrichtung zurückzuführen, was zu einer „gestuften“ Schichtform in der vom Feuer weiter entfernten Wärmeeinflusszone führt.
Nr. 5. Spannungsrisskorrosion
Bei einigen Schweißkonstruktionen (z. B. Behältern und Rohren) kommt es durch die kombinierte Einwirkung korrosiver Medien und Spannungen zu verzögerten Rissen.
Zu den Faktoren, die Spannungsrisskorrosion beeinflussen, gehören das Material der Struktur, die Art des korrosiven Mediums, die Form der Struktur, das Herstellungs- und Schweißverfahren, das Schweißmaterial und der Grad der Spannungsentlastung. Spannungsrisskorrosion tritt während des Betriebs auf.
