Schweissen von Werkzeugstählen

Werkzeugstähle können unterteilt werden in Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle, und Schnellarbeitsstähle.

Kaltarbeitsstähle:
Sie können legiert oder unlegiert vorliegen. Im Einsatz sollte die Oberflächentemperatur dieser Stähle unter 200°C liegen.
Warmarbeitsstähle:
Im Allgemeinen handelt es sich um legierte Stähle, die für Oberflächentemperaturen von über 200°C zum Einsatz kommen.
Schnellarbeitsstähle:
Schnellarbeitsstähle besitzen eine hohe Warmhärte und Anlassbeständigkeit. Ihre Einsatztemperatur liegt bei ungefähr 600°C.

Werkzeugstähle sind härtbare Eisenwerkstoffe. Die Härtungsmechanismen beruhen vorwiegend auf der Umwandlungshärtung d.h. Martensitbildung und zum Teil auf der Ausscheidungshärtung durch Karbid- und Nitridbildung.

Uebliche Werkzeugstähle werden auch aufgrund ihrer Härtbarkeit durch Martensitbildung klassiert. In diesem Fall unterscheidet man zwischen Luft-, Oel- und Wasserhärter.

Lufthärtende Werkzeugstähle bilden bei Luftabkühlung nach der Austenitisierung ein Härtegefüge; das heisst, dass schon bei geringer Abkühlgeschwindigkeit ein martensitisches Gefüge entstehen kann.
Oelhärtende Werkzeugstähle werden in Oel abgeschreckt, damit eine optimale Härte des Gefüges erreicht werden kann.
Wasserhärtende Werkzeugstähle müssen nach dem Austenitisieren schroff abgeschreckt werden, damit eine optimale Härte des Gefüges erreicht werden kann.

Die zum Erreichen einer bestimmten Härte notwendige Abkühlgeschwindigkeit kann den Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern (ZTU) entnommen werden.

Schweissbarkeit: beschränkt.
Zum Festlegen der Schweisseignung ist zuerst festzustellen, ob sich das Werkstück in weichgeglühtem oder vergütetem Zustand befindet.
Werkzeuge, die durch Abschrecken gehärtet und danach keiner thermischen Nachbehandlung unterzogen worden sind, dürfen keinenfalls geschweisst werden!
Achtung: Das Schweissen von Werkzeugstählen ist schwierig. Eine professionelle Ueberwachung ist absolut notwendig !

Vorbereitung:
1. Werkstofferkennung: Als erstes wird festgestellt, um was für einen Werkstoff es sich handelt und in welchen Zustand er vorliegt
2. Risserkennung: Als zweites ist es wichtig, sich zu vergewissern, dass keine Risse im Werkzeug vorhanden sind. Für den entsprechenden Test wird häufig das zerstörungsfreie Farbeindringverfahren (Dye penetrant test) angewendet.
3. Reinigen: Danach wird das Werkstück und im Speziellen der Schweissbereich peinlich genau gereinigt. Es dürfen keine Kühlmittel-, Oel- oder Fettrückstände vorhanden sein
Vorwärmen:
Das Werkstück wird langsam im Ofen auf die Vorwärmtemperatur gebracht. Es ist darauf zu achten, dass das gesamte Werkzeug (bis zum Kern) auf die vorgesehene Vorwärmtemperatur gebracht wird.
Halten der Zwischenlagentemperatur:
Die minimale Vorwärmtemperatur entspricht der minimalen Zwischenlagentemperatur. Sie darf während dem gesamten Schweissvorgang nicht unterschritten werden. Sie liegt über der Martensitbildungstemperatur (Martensitlinie nach ZTU-Schaubild).
Nach dem Herausnehmen des Werkstücks aus dem Ofen ist es durch geeignete Massnahmen gegen Abkühlung zu schützen. (Achtung: Dünnwandige Werkstücke können sehr schnell an Wärme verlieren: sie müssen deshalb besonders gut überwacht werden !).
Streckenenergie:
Im allgemeinen wird mit minimaler Streckenenergie geschweisst.
Reduzieren von Schweissspannungen:
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten die Schweissspannungen klein zu halten, zum Beispiel durch Schweissen mit minimaler Streckenenergie, durch konsequentes Anwenden der Strichraupentechnik, durch Vermeiden überhöhter Schweissnähte, durch die Schweissnahtfolge oder durch Halten der Vorwärmtemperatur nach dem Schweissen über mehrere Stunden, etc.).
Halten und Abkühlen:
In Abhängigkeit der Werkstückgeometrie und -grösse, des Grundwerkstoffs und der Zusammensetzung der Zusatzwerkstoffe langsam im Ofen, in heissem Sand, Vermiculit/Zanulit oder ruhiger Luft abkühlen lassen.
Uebergang zur thermischen Nachbehandlung:
Nach Erreichen der Ausgleichstemperatur (80 bis 100°C) wird üblicherweise die thermische Nachbehandlung eingeleitet.
Thermische Nachbehandlung:
In Abhängigkeit der Werkstückgeometrie und -grösse, des Grundwerkstoffs und der Zusammensetzung der Zusatzwerkstoffe und den gewünschten mechanischen Gütewerten.

Sicherheit: Lichtbogenschweissen

siehe Kapitel Sicherheit

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