Kohlenstoffstahl ist eine große Familie von Stahllegierungen, die ein gemeinsames Kohlenstofflegierungselement zusammen mit verschiedenen anderen Elementen aufweisen, abhängig von der beabsichtigten Endverwendung des Stahls. Es gibt verschiedene Herstellungsmethoden, die verwendet werden, um diese Materialien zu verbinden, wobei Schweißen eines der beliebtesten Beispiele ist. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt lässt sich mit einer Reihe verschiedener Verfahren, einschließlich Lichtbogen- und Schutzgasverfahren, ziemlich einfach und unkompliziert schweißen. Das Schweißen von kohlenstoffreichem Stahl ist etwas schwieriger und erfordert ein sorgfältiges Vorwärmen und Nachkühlen des Metalls.
Der Begriff Kohlenstoffstahl ist eine ziemlich allgemeine Beschreibung einer großen Familie von Stahllegierungsprodukten. Diese Werkstoffe können je nach Verwendungszweck verschiedene Legierungselemente aufweisen, enthalten jedoch alle in unterschiedlichem Maße Kohlenstoff. Eine der gebräuchlicheren Methoden zur Konstruktion und Herstellung von Strukturen und Teilen unter Verwendung dieser Materialien ist das Schweißen von Kohlenstoffstahl. Beim Schweißen werden zwei Metallteile zusammengebracht, um eine enge Verbindung mit wenig oder keinem Spalt zwischen ihnen zu bilden. Eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden wird dann durch Zusammenschmelzen der Teile in einer schmalen, fokussierten Linie entlang der Verbindung mit lokalisierten hohen Temperaturen gebildet.
Der Kohlenstoffgehalt eines Kohlenstoffstahlprodukts bestimmt nicht nur seine Arbeitseigenschaften, sondern beeinflusst auch das Schweißen der Materialien. Aus diesem Grund unterscheidet sich das Schweißen von Kohlenstoffstahl mit hohem und niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Ausmaß, das durch den Gesamtkohlenstoffgehalt des Metalls bestimmt wird. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder allgemein bekannter Baustahl ist der leichter zu schweißende Bereich und stellt den Großteil des Schweißens von Kohlenstoffstahl in der Fertigung und im Bauwesen dar. Baustahl kann mit konventionellem Lichtbogenschweißen, Autogenschweißen oder einem der Schutzgasschweißverfahren geschweißt werden.
Das Lichtbogen- oder Stabschweißen ist eine der beiden gebräuchlichsten Methoden zum Schweißen von kohlenstoffarmen Stählen. Lichtbogenschweißmaschinen erzeugen einen hohen elektrischen Strom, der durch ein Kabelpaar fließt, das an stromführenden und geerdeten Anschlüssen der Maschine angeschlossen ist. Das stromführende Kabel hat an seinem Ende eine federbelastete Klemme, in die eine flussmittelumhüllte Elektrode geklemmt wird. Das Massekabel wird mit einer weiteren Klemme an Metallwerkstücken befestigt. Wenn die Elektrode in die Nähe des Metalls gebracht wird, schlägt der Strom auf das Metall über und erzeugt einen stark fokussierten, lokalisierten Bereich intensiver Hitze.
Diese Hitze schmilzt die metallischen Werkstücke an der Schweißstelle zusammen mit der Elektrode und dem Flussmittel, wobei das geschmolzene Flussmittelbad eine Oxidationskontamination der Schweißnaht verhindert. Das andere gängige Schweißverfahren für kohlenstoffarmen Stahl ist das Gas-Metall-Lichtbogenschweißen oder MIG. Dieses Verfahren funktioniert ähnlich wie das Lichtbogenschweißen, lediglich die Elektrode ist ein durchgehender Drahtstrang, der von der Schweißmaschine bis zur Schweißstelle geführt wird. Auf die Schweißstelle wird ein konstanter Strom von Argongas oder einem Argon/Helium-Gemisch geleitet, der das Schweißbad vor Verunreinigungen schützt. Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen oder WIG und Autogen-Acetylen-Schweißen sind weniger häufig verwendete Schweißverfahren für kohlenstoffarmen Stahl.
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist aufgrund seiner Härte nützlich, eine Eigenschaft, die das Schweißen erschwert als Baustahl, da das Erhitzen des Metalls dazu neigt, es zu erweichen. Obwohl die gleichen Schweißverfahren für Kohlenstoffstahl verwendet werden, um kohlenstoffreiche Stähle zu schweißen, unterscheiden sich die Vorbereitungs- und Nachbehandlungsbehandlungen. Um ein Erweichen des Stahls beim Schweißen zu verhindern, werden die Teile nach dem Schweißen in der Regel vorgewärmt und kontrolliert abgekühlt. Das Ausmaß dieses Vorwärm- und Abkühlprozesses wird durch den Gesamtkohlenstoffgehalt des Stahls bestimmt.