Technische Anforderungen an Formierelemente

Homogene Gasverteilung

Die Porenstruktur muss so ausgelegt sein, dass das Gas gleichmäßig über die gesamte Oberfläche austritt. Ziel ist eine definierte, reproduzierbare Gasverteilung ohne bevorzugte Austrittsstellen.

Stabilität unter Betriebsdruck

Formierelemente werden häufig mit konstantem oder geregeltem Gasdruck beaufschlagt. Die poröse Struktur muss diesem Druck dauerhaft standhalten, ohne sich zu verdichten oder ihre Durchlässigkeit zu verändern.

Medien- und Temperaturbeständigkeit

Je nach Prozess können erhöhte Temperaturen oder chemisch belastete Gase auftreten. Der eingesetzte Werkstoff muss unter diesen Bedingungen funktionsstabil bleiben.

Formieren beim Schweißen – Schutz der Schweißnahtwurzel

Beim schweißtechnischen Bearbeiten hochlegierter Cr-Ni-Stähle ist das Formieren ein etabliertes Verfahren, um die Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe zu erhalten. Bereits eine mäßige Oxidation der Schweißnahtwurzel oder der Wärmeeinflusszone kann die Werkstoffeigenschaften deutlich beeinträchtigen.

Bei besonders gasempfindlichen Werkstoffen wie Molybdän, Zirkon oder Titan ist das Formieren beim Schweißen nicht optional, sondern zwingend erforderlich.

Funktionsprinzip des Formierens

Beim Formieren werden die Schweißnahtwurzel und die angrenzende Wärmeeinflusszone während des Schweißvorgangs kontinuierlich mit Schutzgasen oder Schutzgasgemischen beaufschlagt. Typische Gase sind:

• Argon

• Stickstoff

• Argon-Wasserstoff-Gemische

• Stickstoff-Wasserstoff-Gemische

Durch die kontrollierte Zuführung des Schutzgases wird die sauerstoffhaltige Umgebungsluft verdrängt. Dadurch wird der der Schweißelektrode abgewandte Bereich der Schweißnaht zuverlässig vor Oxidation und Verzunderung geschützt.

Bedeutung der Gaszuführung

Ein entscheidender Faktor für den Erfolg des Formierens ist die Art der Gaszuführung. Turbulente Strömungen führen zu einer ungleichmäßigen Schutzgasverteilung und können lokale Sauerstoffeinträge verursachen.

Eine laminare, gleichmäßige Strömung ist daher anzustreben. Diese lässt sich durch den Einsatz von Diffusoren aus porösem Sintermetall realisieren.

Poröse Diffusoren aus Blechen, Rohren oder formangepassten Bauteilen verteilen das zugeführte Gas über ihre gesamte Oberfläche. Das Schutzgas tritt flächig und gleichmäßig aus dem porösen Werkstoff aus und bildet eine stabile Schutzatmosphäre im Bereich der Schweißnahtwurzel.

Vorteile poröser Diffusoren beim Formieren

Der Einsatz poröser Sinterwerkstoffe zur Formierung bietet mehrere technische Vorteile:

• gleichmäßige, laminare Gasverteilung

• zuverlässige Verdrängung sauerstoffhaltiger Atmosphäre

• reproduzierbare Prozessbedingungen

• Reduzierung von Oxidation und Verzunderung

• stabile Schutzgasatmosphäre auch bei längeren Schweißnähten

Wird der Formiervorgang korrekt ausgeführt, kann auf eine nachträgliche mechanische oder chemische Nachbearbeitung der Schweißnähte häufig verzichtet werden.

Geeignete SIPERM®-Werkstoffe für die Schweißgasformierung

Für die Schweißgasformierung kommen poröse metallische SIPERM®-Werkstoffe zum Einsatz, da sie eine gleichmäßige, laminare Verteilung des Schutzgases auch unter schweißtechnischen Prozessbedingungen ermöglichen. Die poröse Struktur dient als Diffusor, über den das Formiergas flächig austritt und die sauerstoffhaltige Atmosphäre im Bereich der Schweißnahtwurzel sowie der angrenzenden Wärmeeinflusszone zuverlässig verdrängt.

In der Praxis haben sich hierfür insbesondere SIPERM® R 35 aus porösem Edelstahl sowie SIPERM® B 20 aus poröser Bronze bewährt. Diese Porositätsklassen ermöglichen eine kontrollierte Gasabgabe bei gleichzeitig ausreichender mechanischer und thermischer Stabilität und unterstützen die Ausbildung einer stabilen Schutzgasatmosphäre ohne turbulente Strömungen.

Die Auswahl zwischen Edelstahl und Bronze erfolgt anwendungsbezogen und richtet sich nach den schweißtechnischen Randbedingungen, insbesondere nach Temperaturbelastung, Einbausituation und eingesetztem Schutzgas. Beide Werkstoffe eignen sich für den Einsatz als poröse Diffusoren in Form von Blechen, Rohren oder kundenspezifisch ausgeführten Bauteilen.