Die Erstarrung der Schmelze
Wie aus dem flüssigen Schweißbad eine feste, richtungsabhängige Naht wird
AI generated Das Schweißbad ist flüssiges Metall, das in Sekundenbruchteilen erstarrt. Dabei wachsen Kristalle von der Nahtflanke her in die Mitte, Seigerungen entstehen, und genau hier entstehen Erstarrungs- und Heißrisse. Wer die Erstarrung versteht, weiß, warum die Nahtmitte die Schwachstelle ist — und wie man sie vermeidet.
Beim Schweißen schmilzt der Grund- und zu einem flüssigen Schweißbad. Was dann passiert, entscheidet über die Qualität der Naht: Die Schmelze erstarrt in Sekundenbruchteilen, und zwar nicht irgendwie, sondern nach festen metallurgischen Regeln.
Die Erstarrung beginnt immer an der kältesten Stelle — das ist die Nahtflanke, also der Kontakt zum noch festen Grundwerkstoff. Hier, an der Schmelzlinie, bilden sich die ersten Keime. Weil die Wärme nach außen abfließt, wachsen die Kristalle von beiden Flanken her senkrecht zur Schmelzlinie in Richtung Nahtmitte. Es entstehen lange, säulenartige Kristalle — die . In der Nahtmitte treffen die beiden Wachstumsfronten aufeinander.
Genau diese Stelle ist die Achillesferse. Beim Aufeinandertreffen schieben die wachsenden Kristalle die letzten Verunreinigungen und niedrigschmelzenden Bestandteile vor sich her — sie sammeln sich in der Mitte als . Diese Mittelseigerung ist die klassische Zone für und , weil dort schädliche Elemente wie Schwefel und Phosphor konzentriert sind und die Naht beim Schrumpfen unter Zugspannung steht.
Ein zweites Problem ist das — der Temperaturbereich zwischen Beginn und Ende der Erstarrung. Reine Metalle und Eutektika erstarren bei einer festen Temperatur, Legierungen über einen Bereich. Je breiter dieses Intervall, desto eher bildet sich ein breiiger Übergangszustand, in dem Risse entstehen können. Deshalb sind manche Stähle (mit hohem Schwefel-/Phosphorgehalt) besonders rissanfällig.
Du hast zwei Hebel gegen Erstarrungsrisse. Erstens die Zusammensetzung: Ein Zusatz mit etwas (bei nichtrostenden Stählen) oder sauberen, schwefelarmen Zusätzen hält die Seigerung harmlos. Zweitens die Geometrie: Ein zu tiefes, schmales Schweißbad (tiefes Einbrandverhältnis) zwingt die Kristalle, direkt aufeinander zuzuwachsen und alle Verunreinigungen in die Mitte zu pressen. Ein breiteres Bad oder Pendeln verteilt die Erstarrungsfront und entschärft die Mitte.
Auch das in der anschließenden hängt an der Erstarrung: Das Schweißbad gibt so viel Wärme ab, dass der Grundwerkstoff daneben aufkörnt. Grobe Körner sind weicher und rissanfälliger — ein weiterer Grund, die Wärmeeinbringung im Griff zu behalten.