Zugl.: Dortmund, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Zugl.: Hamburg, Helmut-Schmidt-Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Erlangen, Universiẗat, Diss.

Zugl.: Dortmund, University, Diss., 2006.

Low-temperature plasma nitrocarburizing treatments are applied to improve the surface properties of austenitic stainless steels by forming an expanded austenite layer without impairing the excellent corrosion resistance of the steel. Here, low-temperature active screen plasma nitrocarburizing (ASPNC) was investigated in an industrial-scale cold-wall reactor to compare the effects of two active screen materials: (i) a steel active screen with the addition of methane as a gaseous carbon-containing precursor and (ii) an active screen made of carbon-fibre-reinforced carbon (CFC) as a solid carbon precursor. By using both active screen materials, ASPNC treatments at variable plasma conditions were conducted using AISI 316L. Moreover, insight into the plasma-chemical composition of the H2-N2 plasma for both active screen materials was gained by laser absorption spectroscopy (LAS) combined with optical emission spectroscopy (OES). It was found that, in the case of a CFC active screen in a biased condition, the thickness of the nitrogen-expanded austenite layer increased, while the thickness of the carbon-expanded austenite layer decreased compared to the non-biased condition, in which the nitrogen- and carbon-expanded austenite layers had comparable thicknesses. Furthermore, the crucial role of biasing the workload to produce a thick and homogeneous expanded austenite layer by using a steel active screen was validated.

Die Bildung von Anlauffarben durch molekularen Sauerstoff im Wurzelschutzgas ist bereits gut erforscht. Weitere Sauerstoffquellen für die Bildung von Anlauffarben sind Feuchte und CO2. Besonders Feuchte ist in diesem Zusammenhang kritisch, da sie sich wesentlich langsamer mit den etablierten Mitteln entfernen lässt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte für durch Feuchte verursachte Anlauffarben im Wurzelschutzgas ein Grenzwert von 300 ppm bei 23 °C ermittelt werden. Die Farbausprägung der durch Feuchte verursachten Anlauffarben tendiert besonders bei schwachen bis mittleren Ausprägungen (450-800 ppm) stärker ins Bräunliche als die durch molekularen Sauerstoff verursachten Anlauffarben. Mit Hilfe des an der TU Dresden entwickelten Algorithmus für die Auswahl von Gaskomponenten für Prozessgase, wurde für das gepulste WIG-Orbitalschweißverfahren von austenitischen CrNi-Stahlrohren das Gasgemisch Ar/He/H2 20/70/10 ausgewählt. Gegenüber dem ursprünglich als Prozessgas verwendeten Argon und einem Ar/He 70/30 Gemisch, zeigte sich eine mögliche Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit um den Faktor 3,5. Bei Fragen und Anmerkungen zur Arbeit sowie beim Verfassen einer weiterführenden Arbeit bitte Kontakt mit dem Autor aufnehmen (gerd.hauser@gmx.de). Dieser ist an einer Weiterführung des Themas sowie einer unabhängigen Überprüfung der Messwerte sehr interessiert. / The formation of annealing colors by molecular oxygen in the backing gas is already well understood. Other sources of oxygen for the formation of annealing colors are humidity and CO2. Moisture is especially critical in this context, since they can be removed much more slowly with the established agents. As part of this work can be set a limit for annealing colors (caused by moisture in the root protection gas) of 300 ppm moisture with a environment temparatur of 23 ° C. The annealing colors caused by humidity tends especially in low to moderate conzentrtions (450-800 ppm) mor to a brownish than the annealing colors caused by molecular oxygen. Using the algorithm developed at the TU Dresden for the selection of gas components for process gases,the gas mixture Ar/He/H2 20/70/10 was chosen for the pulsed TIG orbital welding of austenitic stainless steel tubes. Compared to the originally used process gas argon and Ar/He-mixture 70/30, showed the Ar/He/H2 mixtur a possible increase in feed rate by a factor of 3.5.

Die Bildung von Anlauffarben durch molekularen Sauerstoff im Wurzelschutzgas ist bereits gut erforscht. Weitere Sauerstoffquellen für die Bildung von Anlauffarben sind Feuchte und CO2. Besonders Feuchte ist in diesem Zusammenhang kritisch, da sie sich wesentlich langsamer mit den etablierten Mitteln entfernen lässt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte für durch Feuchte verursachte Anlauffarben im Wurzelschutzgas ein Grenzwert von 300 ppm bei 23 °C ermittelt werden. Die Farbausprägung der durch Feuchte verursachten Anlauffarben tendiert besonders bei schwachen bis mittleren Ausprägungen (450-800 ppm) stärker ins Bräunliche als die durch molekularen Sauerstoff verursachten Anlauffarben. Mit Hilfe des an der TU Dresden entwickelten Algorithmus für die Auswahl von Gaskomponenten für Prozessgase, wurde für das gepulste WIG-Orbitalschweißverfahren von austenitischen CrNi-Stahlrohren das Gasgemisch Ar/He/H2 20/70/10 ausgewählt. Gegenüber dem ursprünglich als Prozessgas verwendeten Argon und einem Ar/He 70/30 Gemisch, zeigte sich eine mögliche Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit um den Faktor 3,5. Bei Fragen und Anmerkungen zur Arbeit sowie beim Verfassen einer weiterführenden Arbeit bitte Kontakt mit dem Autor aufnehmen (gerd.hauser@gmx.de). Dieser ist an einer Weiterführung des Themas sowie einer unabhängigen Überprüfung der Messwerte sehr interessiert.:1 Einleitung 1 2 Stand der Technik 2 2.1 WIG-Schweißen 2 2.1.1 Gepulstes WIG-Schweißen 2 2.1.2 WIG-Orbitalschweißen 5 2.2 Schweißen von austenitischem CrNi-Stahl 7 2.2.1 Schweißtechnische Verarbeitung von austenitischem CrNi-Stahl 7 2.2.2 Schweißnahtunregelmäßigkeit: Anlauffarben 12 2.3 Prozess- und Wurzelschutzgase 17 2.3.1 Prozessgase 18 2.3.2 Wurzelschutzgase 21 2.4 Messung von Sauerstoff und Feuchte bei schweißtechnischen Anwendungen 23 3 Präzisierung der Aufgabenstellung 28 4 Analyse von Baustellenbedingungen und Maßnahmen auf Winterbaustellen 29 4.1 Beschreibung der Bedingungen 29 4.2 Beschreibung der Unregelmäßigkeiten 31 4.3 Bewertung der etablierten Maßnahmen 33 5 Versuchsplanung und Durchführung 35 5.1 Experimentelle Randbedingungen 35 5.1.1 Geräte, Messmittel und Software 35 5.1.2 Versuchswerkstoffe und Materialien 42 5.1.3 Schweißparameter 43 5.1.4 Auswertungsmethoden 44 5.2 Einfluss der Feuchte in Wurzelschutzgasen 47 5.2.1 Schweißversuche bei konstanten und wechselnden Temperaturen 47 5.2.2 Versuche zur Feuchteansammlung im Rohr 49 5.2.3 Versuch zur Bildung von Anlauffarben bei unterschiedlichen Feuchtekonzentrationen im Wurzelschutzgas 51 5.3 Einfluss der Prozessgaszusammensetzung für die Gasgemische Ar, Ar/He, Ar/He/H2 53 6 Auswertung der Versuchsergebnisse und Schlussfolgerungen 56 6.1 Anlauffarben auf Winterbaustellen 56 6.1.1 Einfluss der Außentemperatur auf den Schweißprozess 56 6.1.2 Einfluss von Feuchteansammlungen in Rohren 61 6.1.3 Einfluss von unterschiedlichen Feuchtekonzentrationen im Wurzelschutzgas 63 6.1.4 Schlussfolgerungen für die Anwendung in der Praxis 68 6.2 Einfluss der Prozessgaszusammensetzung beim WIG-Orbitalschweißen 74 6.2.1 Versuchsauswertung 74 6.2.2 Anwendung des Mischgases Ar/He/H2 in der Praxis 80 7 Zusammenfassung und Ausblick 81 8 Quellenverzeichnis 82 9 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 87 10 Anlagenverzeichnis 92 / The formation of annealing colors by molecular oxygen in the backing gas is already well understood. Other sources of oxygen for the formation of annealing colors are humidity and CO2. Moisture is especially critical in this context, since they can be removed much more slowly with the established agents. As part of this work can be set a limit for annealing colors (caused by moisture in the root protection gas) of 300 ppm moisture with a environment temparatur of 23 ° C. The annealing colors caused by humidity tends especially in low to moderate conzentrtions (450-800 ppm) mor to a brownish than the annealing colors caused by molecular oxygen. Using the algorithm developed at the TU Dresden for the selection of gas components for process gases,the gas mixture Ar/He/H2 20/70/10 was chosen for the pulsed TIG orbital welding of austenitic stainless steel tubes. Compared to the originally used process gas argon and Ar/He-mixture 70/30, showed the Ar/He/H2 mixtur a possible increase in feed rate by a factor of 3.5.:1 Einleitung 1 2 Stand der Technik 2 2.1 WIG-Schweißen 2 2.1.1 Gepulstes WIG-Schweißen 2 2.1.2 WIG-Orbitalschweißen 5 2.2 Schweißen von austenitischem CrNi-Stahl 7 2.2.1 Schweißtechnische Verarbeitung von austenitischem CrNi-Stahl 7 2.2.2 Schweißnahtunregelmäßigkeit: Anlauffarben 12 2.3 Prozess- und Wurzelschutzgase 17 2.3.1 Prozessgase 18 2.3.2 Wurzelschutzgase 21 2.4 Messung von Sauerstoff und Feuchte bei schweißtechnischen Anwendungen 23 3 Präzisierung der Aufgabenstellung 28 4 Analyse von Baustellenbedingungen und Maßnahmen auf Winterbaustellen 29 4.1 Beschreibung der Bedingungen 29 4.2 Beschreibung der Unregelmäßigkeiten 31 4.3 Bewertung der etablierten Maßnahmen 33 5 Versuchsplanung und Durchführung 35 5.1 Experimentelle Randbedingungen 35 5.1.1 Geräte, Messmittel und Software 35 5.1.2 Versuchswerkstoffe und Materialien 42 5.1.3 Schweißparameter 43 5.1.4 Auswertungsmethoden 44 5.2 Einfluss der Feuchte in Wurzelschutzgasen 47 5.2.1 Schweißversuche bei konstanten und wechselnden Temperaturen 47 5.2.2 Versuche zur Feuchteansammlung im Rohr 49 5.2.3 Versuch zur Bildung von Anlauffarben bei unterschiedlichen Feuchtekonzentrationen im Wurzelschutzgas 51 5.3 Einfluss der Prozessgaszusammensetzung für die Gasgemische Ar, Ar/He, Ar/He/H2 53 6 Auswertung der Versuchsergebnisse und Schlussfolgerungen 56 6.1 Anlauffarben auf Winterbaustellen 56 6.1.1 Einfluss der Außentemperatur auf den Schweißprozess 56 6.1.2 Einfluss von Feuchteansammlungen in Rohren 61 6.1.3 Einfluss von unterschiedlichen Feuchtekonzentrationen im Wurzelschutzgas 63 6.1.4 Schlussfolgerungen für die Anwendung in der Praxis 68 6.2 Einfluss der Prozessgaszusammensetzung beim WIG-Orbitalschweißen 74 6.2.1 Versuchsauswertung 74 6.2.2 Anwendung des Mischgases Ar/He/H2 in der Praxis 80 7 Zusammenfassung und Ausblick 81 8 Quellenverzeichnis 82 9 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 87 10 Anlagenverzeichnis 92