Formieren schützt vor Oxidation und Verzunderung

Formieren bezeichnet eine Methode beim Elektroschweissen, den der Schweisselektrode abgewandten Teil der Schweissnaht vor Oxidation und Verzundern zu schützen. Der Wurzelschutz kommt hauptsächlich bei hochlegierten Werkstoffen wie CrNi-Stählen oder Ni-Legierungen und an Bauteilen aus nichtrostenden Edelstählen zum Einsatz.
Bei diesen Werkstoffen wird die Korro-sionsbeständigkeit bereits durch mässige Oxidation, die als Anlauffarbe oder Anlassfarbe sichtbar ist, deutlich reduziert.
Wird bei titanstabilisierten Stählen ein stickstoffhaltiges Wurzelschutzgas verwendet, kommt es zu einer Gelbfärbung der Wurzel durch Titannitridbildung. Dies sind keine Anlauffarben im oben genanntem Sinne.
Verdrängung der Luftatmosphäre
Während des Formierens umspülen Schutzgase die hoch erhitzten Nahtwurzel- und Nahtrandbereiche und verdrängen so die Luftatmosphäre. Beim Wurzelschutz werden inerte oder wasserstoffhaltige Gase eingesetzt. Die Zugabe von Wasserstoff zum Wurzelschutzgas (Formiergas) bindet den Restsauer-stoff und verbessert die Wurzelausbildung.
Das Formieren wird vorwiegend bei Hohlkörpern (Rohren und Behältern) angewandt, weil hier die Nahtrückseite nicht zugänglich ist und daher eine nachträgliche Entfernung der Oxidschichten nicht praktikabel ist. Vor dem Schweissvorgang wird der Behälter bzw. das Rohr abgedichtet und mit Formiergas gefüllt. Während des Schweissens wird weiter mit Formiergas gespült. Dadurch wird der Zutritt von Luftsauerstoff an die Nahtrückseite verhindert. Der Wasserstoffanteil wirkt zusätzlich reduzierend und lässt daher die Bildung von Oxiden nicht zu.
Um die Rohre oder andere Hohlkörper abzudichten, werden sogenannte Formierkammern gebaut.
Quelle: Wikipedia
Das Formieren und der Wurzelschutz
Werden die Schweissnahtwurzel und die Wärmeeinflusszone mit Schutzgasen umspült, während gleichzeitig die sauerstoffhaltige Atmosphäre verdrängt wird, wird dieses Verfahren als Wurzelschutz bezeichnet. Findet dieses Verfahren im Zusammenhang mit Rohrleitungen und Behältern Anwendung, wird vom Formieren gesprochen.
Der Wurzelschutz und das Formieren kommen zum Einsatz, wenn gasempfindliche Werkstoffe schweisstechnisch verarbeitet werden. Auf diese Weise soll die Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe sichergestellt werden, denn ohne Formierung würden die Schweisswurzel und die Wärmeeinflusszone durch die sauerstoffhaltige Atmosphäre oxidieren. Um die Wurzelqualität zu erhöhen, werden teilweise aber auch beim Verarbeiten von unlegierten Stählen Formiergase eingesetzt.
Gasempfindliche Werkstoffe wie beispielsweise Magnesium, Titan oder Zirkon wiederum können ohne Formierung erst gar nicht geschweisst werden.
Die Formiergase und ihre Zuführung
Ein sehr wichtiger Punkt beim Formieren besteht darin, wie das Schutzgas in den Schweissnahtbereich zugeführt wird. Optimal ist eine laminare Strömung, also eine Strömung, bei der das Formiergas in einer Schicht strömt, ohne dass es zu Verwirbelungen und Vermischungen zwischen dem Gas und der Atmosphäre kommt. Erzeugt wird die laminare Strömung mithilfe eines Diffusors, meist werden dabei Bleche, Formteile oder Rohre aus Sintermetall verwendet.
Das Sintermaterial teilt die Zufuhr des Schutzgases auf eine grosse Fläche, aus der Formiergas laminar ausströmt, auf. Ausgehend von dem Dichteunterschied zwischen den Formiergasen und der Luft werden die Formierverfahren in drei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe bilden Formierverfahren mit Gasen, die leichter sind als Luft. Die zweite Gruppe umfasst Formierungen mit Gasen, die schwerer sind als Luft, und in die dritte Gruppe gehören Formierverfahren mit Gasen, die die gleiche Dichte haben wie Luft.
Werden Formiergase verwendet, die eine höhere Dichte haben als Luft, wird der Behälter von unten nach oben befüllt. Im oberen Bereich ist er mit einer Entlüftung ausgestattet, durch die die verdrängte Atmosphäre abgeleitet werden kann. Werden Formiergase verwendet, deren Dichte geringer ist als die von Luft, ist die Funktionsweise des Mechanismus umgekehrt. Besteht ein grosser Dichteunterschied zwischen den Formiergasen und der Luft, können unter anderem beim Formieren von Rohrleitungen Gasgemische eingesetzt werden, die die gleiche Dichte haben wie Luft.
Diese Gasgemische bestehen aus Argon oder Stickstoff und Wasserstoff mit variierbarem Wasserstoffgehalt und verhindern, dass sich die Formiergase und die Luft miteinander vermischen. Neben dem Gas, das passend zur Aufgabe, den Werkstoffen und der Form des Bauteils ausgewählt werden muss, spielt aber auch der Schutzgasschlauch eine wichtige Rolle. So eignen sich herkömmliche Schläuche aus PVC nicht, denn ein solches Schlauchmaterial könnte die Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen und an das trockene Formiergas weitergeben. Aus diesem Grund sollten Schutzgasschläuche verwendet werden, die speziell für diesen Zweck gefertigt und entsprechend gekennzeichnet sind.