Schäffler Diagramm für unterschiedliche Grundwerkstoffe

Beim Schweißen von Mischverbindungen aus zwei unterschiedlichen Grundwerkstoffen entsteht im Schweißgut eine Mischung aus beiden Werkstoffen und gegebenenfalls einem Schweißzusatz. Die chemische Zusammensetzung des Schweißguts liegt damit zwischen den Ausgangswerkstoffen, das resultierende Gefüge kann austenitisch, ferritisch, martensitisch oder gemischt sein. Welches Gefüge sich einstellt, hängt vom Verhältnis der Werkstoffe und vom gewählten Schweißzusatz ab. Das Schäffler-Diagramm hilft, dieses Mischergebnis vorab abzuschätzen.

Beim Schweißen von Mischverbindungen entscheidet die chemische Zusammensetzung des Schweißguts darüber, wie sich die Schweißnaht später verhält. Das Schäffler-Diagramm ist wichtig, weil es die Gefügestruktur dieses Mischschweißguts sichtbar macht und so eine Beurteilung von Schweißeignung, Rissanfälligkeit und mechanischem Verhalten erlaubt. Ohne diese Einordnung droht eine Mischverbindung mit unerwartet sprödem oder rissanfälligem Gefüge.

Direkt verhindern kann das Schäffler-Diagramm Schweißfehler nicht, aber es zeigt, wo Fehlerrisiken liegen. Bei unterschiedlichen Grundwerkstoffen lässt sich am Diagramm ablesen, ob das resultierende Gefüge in einen rissempfindlichen Bereich fällt, etwa in den martensitischen Bereich oder in Mischzonen mit Heißriss-Risiko. So lassen sich Schweißzusatz und Verfahren vorab so wählen, dass kritische Gefügebereiche vermieden werden.

Das Schäffler-Diagramm zeigt für unterschiedliche Grundwerkstoffe, wo das gemischte Schweißgut im Gefügeschaubild liegt. Aus den Chrom- und Nickeläquivalenten der beteiligten Grundwerkstoffe und des Schweißzusatzes ergibt sich ein Mischpunkt im Diagramm. Anhand seiner Position lassen sich die Gefügeanteile (Austenit, Ferrit, Martensit, Mischgefüge) und damit die Eigenschaften des Schweißguts ablesen.

Für verschiedene Grundwerkstoffe werden zunächst die Chrom- und Nickeläquivalente jedes Werkstoffs einzeln berechnet und im Diagramm eingetragen. Eine Verbindungslinie zwischen den beiden Punkten zeigt alle möglichen Mischverhältnisse. Der tatsächliche Punkt des Schweißguts liegt auf dieser Linie und verschiebt sich je nach Aufmischungsgrad und Schweißzusatz. Die Position bestimmt, welches Gefüge im Schweißgut zu erwarten ist.

Im Schäffler-Diagramm lassen sich beim Schweißen von Mischverbindungen vier Hauptgefügephasen unterscheiden: Austenit, Ferrit, Martensit und Mischgefüge wie Austenit-Ferrit, Austenit-Martensit oder Ferrit-Martensit. Jede Phase hat ein typisches Verhalten: Austenit ist zäh und korrosionsbeständig, Ferrit weich und magnetisch, Martensit hart und spröde. Mischgefüge können je nach Anteilen empfindlich gegen Risse sein.

Bei Mischverbindungen fassen Chrom- und Nickeläquivalente die Wirkung aller Legierungselemente auf das Gefüge zusammen. Das Chromäquivalent bündelt die ferritbildenden Elemente, das Nickeläquivalent die austenitbildenden. Aus den Werten beider Grundwerkstoffe und des Schweißzusatzes ergibt sich der Mischpunkt im Schäffler-Diagramm. Ohne diese Äquivalente wäre eine fundierte Aussage über das Gefüge der Mischverbindung nicht möglich.

capilla nutzt solche Berechnungen, um sichere Lösungen für Mischverbindungen zu entwickeln.

Austenitische Grundwerkstoffe wie hochlegierte Cr-Ni-Stähle haben ein hohes Nickeläquivalent und liegen im austenitischen Bereich des Schäffler-Diagramms. Ferritische Grundwerkstoffe wie un- oder niedriglegierte Stähle haben ein niedriges Nickel- und höheres Chromäquivalent und liegen im ferritischen oder martensitischen Bereich. Beim Schweißen von Mischverbindungen aus beiden Typen liegt der Mischpunkt typischerweise in einem Übergangsbereich, der besondere Aufmerksamkeit bei der Schweißzusatzwahl erfordert.

Das Verhalten der Schweißverbindung bei unterschiedlichen Grundwerkstoffen lässt sich über die Lage des Mischpunkts im Schäffler-Diagramm abschätzen. Liegt der Punkt im austenitischen Bereich, ist die Verbindung in der Regel zäh und korrosionsbeständig. Liegt er im martensitischen Bereich, drohen Härte und Rissempfindlichkeit. Mischgefüge können je nach Phasenverhältnis zu Heißrissen neigen. Aus der Diagrammposition lassen sich somit Schweißeignung, Rissanfälligkeit und mechanisches Verhalten ableiten.

Das Schäffler-Diagramm ist beim Schweißen von Mischverbindungen ein bewährtes Werkzeug zur Vorabbewertung, ersetzt aber nicht die vollständige schweißtechnische Auslegung. Es zeigt das zu erwartende Gefüge, sagt aber nichts über Wärmeführung, Schweißfolge, Eigenspannungen, Korrosionsverhalten im Einsatz oder mechanische Anforderungen aus. Für die endgültige Auslegung einer Mischverbindung sind weitere Werkzeuge wie WPS, Schweißfolgepläne und Werkstoffprüfungen nötig.

capilla unterstützt bei der Anwendung des Schäffler-Diagramms und der praktischen Umsetzung in industrielle Schweißprozesse.