Schweißen hochfester vergüteter Stähle (S690–S960): Die Abkühlzeit bestimmt alles

Was diese Stähle unterscheidet

S690QL, S890QL und S960QL (EN 10025-6) erreichen Streckgrenzen von 690–960 MPa durch ein vergütetes Gefüge, nicht durch Legierungsreichtum — ihre Kohlenstoffäquivalente sind überraschend moderat. Das Schweißbarkeitsproblem ist daher thermisch, nicht chemisch: Der falsche Abkühlzyklus härtet die Wärmeeinflusszone (WEZ) entweder in einen rissempfindlichen Zustand oder temperiert sie zu einer weichen Zone, die zum schwächsten Glied wird.

Das t8/5-Konzept

Die Schweißabkühlung bei diesen Stählen wird durch t8/5 angegeben: die Zeit, die der Schweißbereich benötigt, um von 800 °C auf 500 °C abzukühlen. Dieses Intervall umfasst den Phasenumwandlungsbereich, der über WEZ-Härte und -Zähigkeit entscheidet.

• Zu kurz (sehr geringer Wärmeeintrag, keine Vorwärmung bei dickem Blech): harte, spröde WEZ, Wasserstoffrissrisiko.
• Zu lang (hoher Wärmeeintrag, übermäßige Vorwärmung/Zwischenlagentemperatur): Kornwachstum und Überanlassen — WEZ-Erweichung und Zähigkeitsverlust.

Stahlhersteller empfehlen typischerweise ein t8/5-Fenster in der Größenordnung von 5–20 Sekunden (enger für S960), erreicht durch die gemeinsame Abstimmung dreier Variablen: Vorwärmtemperatur, Wärmeeintrag und Blechdicke. Verfahren werden anhand dieses Fensters qualifiziert, nicht anhand des Wärmeeintrags allein.

Wärmeeintrag und Temperaturen

Richtwerte aus der Praxis (die Datenblätter der Walzwerke sind maßgebend):

• Wärmeeintrag üblicherweise auf etwa 0.5–1.5 kJ/mm begrenzt, fallend mit steigender Sortenklasse.
• Die Vorwärmung ist bescheiden — oft keine bis ~125 °C, abhängig von Dicke und kombinierter Verbindungsdicke — weil übermäßige Vorwärmung t8/5 verlängert und die WEZ erweicht.
• Die Zwischenlagentemperatur ist begrenzt, häufig auf 150–250 °C je nach Sorte; eine Verbindung, deren Temperatur Lage für Lage weiter steigt, driftet aus dem Fenster.

Zusatzwerkstoff: angepasst oder unterangepasst?

Beide Philosophien sind legitim:

• Angepasste Zusatzwerkstoffe (z. B. Drähte der 690- oder 890-Klasse) werden verwendet, wo die Verbindung die volle Festigkeit des Grundwerkstoffs entwickeln muss, mit strenger Wasserstoffkontrolle (Schweißzusätze der H5-Klasse, saubere trockene Lagerung).
• Unterangepasste (weiche) Zusatzwerkstoffe werden häufig für Kehlnähte und Verbindungen ohne volle Festigkeit verwendet: Das duktile Schweißgut entspannt Einspannspannungen und ist weitaus toleranter gegenüber Passungs- und Rissrisiko, bei einer akzeptierten Festigkeitsreduzierung, die der Konstrukteur freigeben muss.

Welche auch gewählt wird, niedriger Wasserstoffgehalt ist nicht verhandelbar — diese Sorten reißen bei Wasserstoffgehalten, die S355 wegstecken würde.

Werkstattdisziplin

• Befolgen Sie eine qualifizierte WPS mit den tatsächlich aufgezeichneten t8/5-relevanten Parametern; lassen Sie Schweißer nicht durch Erhöhung des Stroms "beschleunigen" — die Schweißgeschwindigkeit geht direkt in den Wärmeeintrag ein.
• Gleichmäßig vorwärmen und messen; die Zwischenlagentemperatur zwischen den Lagen überwachen, nicht nur am Anfang.
• Keine Wärmenachbehandlung, sofern der Hersteller sie nicht genehmigt: Ein konventioneller Spannungsarmglühzyklus würde das gesamte Bauteil unter seine Lieferfestigkeit temperieren.
• Kanten aus thermischem Schneiden sollten bearbeitet werden, und Heftschweißungen sollten mit derselben Vorwärmung und denselben Schweißzusätzen wie die Verbindung selbst ausgeführt werden — unterdimensionierte, nicht vorgewärmte Heftnähte sind ein klassischer Rissursprung.