Schweißen von Edelstahl 304 und 316: Zusatzwerkstoff, Wärmeeintrag und Passivierung

Auswahl des Zusatzwerkstoffs

Die Standardregel lautet, eine Sorte höher zu schweißen:

• 304/304L wird mit 308L-Zusatzwerkstoff geschweißt.
• 316/316L wird mit 316L-Zusatzwerkstoff geschweißt, der das Molybdän enthält, das zur Erhaltung der Lochkorrosionsbeständigkeit benötigt wird.
• Für ungleiche Verbindungen (304 an Kohlenstoffstahl) wird ein überlegierter Zusatzwerkstoff wie 309L verwendet.

Das "L" ist wichtig: Der Kohlenstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs wird bei oder unter 0.03% gehalten, sodass das Schweißgut selbst der Sensibilisierung widersteht. Wenn ein Grundwerkstoff einfacher 304 oder 316 (nicht L) ist, sind die Verwendung von Zusatzwerkstoff der L-Sorte und die Kontrolle des Wärmeeintrags die wichtigste Abwehr für das Schweißgut.

Wärmeeintrag und Sensibilisierung

Zwischen etwa 450 °C und 850 °C verbindet sich Chrom mit Kohlenstoff zu Karbiden an den Korngrenzen — Sensibilisierung — und hinterlässt chromverarmte Zonen, die bevorzugt korrodieren (Schweißnahtzerfall, messerlinienförmiger Angriff). Die Edelstahlpraxis arbeitet daher umgekehrt wie bei Kohlenstoffstahl:

• Halten Sie den Wärmeeintrag niedrig bis moderat (üblicherweise im Bereich von 0.5–1.5 kJ/mm, verfahrensabhängig).
• Begrenzen Sie die Zwischenlagentemperatur, typischerweise auf etwa 150 °C.
• Verwenden Sie Strichraupen statt breiter Pendelraupen und lassen Sie die Verbindung zwischen den Lagen abkühlen.

Austenitischer Edelstahl leitet Wärme außerdem schlecht und dehnt sich etwa eineinhalbmal so stark aus wie Kohlenstoffstahl, sodass die Verzugskontrolle (ausgewogene Abfolgen, Rückwärtsschweißen, ausreichende Einspannung) Teil des Verfahrens ist, kein nachträglicher Gedanke.

Hinweise zur Technik

• Schutzgas: Die Wurzelseite von Rohr- und Blechschweißnähten benötigt ein inertes Formiergas (Argonspülung), bis die Wurzel durch mehrere Millimeter Metall versiegelt ist; eine oxidierte, verzuckerte Wurzel hat schlechte Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungseigenschaften.
• Sauberkeit: Spezielle Bürsten und Schleifmittel nur für Edelstahl; Eisenverunreinigungen von gemeinsam genutzten Kohlenstoffstahlwerkzeugen betten sich ein und rosten. Vor dem Schweißen entfetten.
• Verwenden Sie das Edelstahlteil niemals als Werkbank für das Schleifen von Kohlenstoffstahl in der Nähe — Verunreinigung durch Schleifstaub ist eine häufige Ursache für rätselhafte Rostflecken.

Nach dem Schweißen: Reinigung und Passivierung

Schweißen hinterlässt Anlauffarben — einen chromverarmten Oxidfilm, dessen Stroh- bis Blaufarben auf eine darunter verminderte Korrosionsbeständigkeit hinweisen. Für den Korrosionseinsatz müssen die Anlauffarben und die verarmte Schicht entfernt werden:

1. Mechanische Reinigung (Edelstahlbürsten, feine Schleifmittel) für leichte Beanspruchung.
2. Beizen mit Salpeter-/Flusssäurepaste oder -bad zur vollständigen Wiederherstellung der Oberfläche.
3. Passivierung in Salpeter- oder Zitronensäure (nach ASTM A967-Praxis) baut den Chromoxidfilm auf einer bereits sauberen Oberfläche wieder auf. Passivierung ist kein Reiniger — sie entfernt keine starken Anlauffarben oder Zunder.

Eine korrekt geschweißte, gereinigte und passivierte 316-Verbindung sollte in der Korrosionsbeständigkeit nicht vom Grundwerkstoff zu unterscheiden sein; das Auslassen der Schritte nach dem Schweißen ist der übliche Grund, warum sie es nicht ist.

Häufige Fehler und ihre Ursachen

• Porosität: fast immer Verunreinigung — Feuchtigkeit, Fett, Farbe oder Zink auf den Verbindungsflächen oder ein Schutzgasproblem (verlorene Gasabdeckung, Zugluft). Edelstahl zeigt Porosität durch Verunreinigung früher als Kohlenstoffstahl, weil das Schmelzbad weniger nachsichtig gegenüber verschmutzten Oberflächen ist.
• Verzuckerte Wurzel: unzureichende Formierung; die Wurzel oxidiert zu einer rauen, geschwärzten, korrosionsanfälligen Oberfläche, die von außen nicht repariert werden kann.
• Rissbildung: bei 304/316 selbst selten (die austenitische Struktur mit einem geringen Ferritanteil im Schweißgut widersteht der Erstarrungsrissbildung), aber ein reales Risiko, wenn der falsche Zusatzwerkstoff bei ungleichen Verbindungen verwendet wird oder wenn Kohlenstoffverunreinigung in das Schmelzbad gelangt — ein weiterer Grund für spezielle Werkzeuge und sauberen Draht.