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Monday, September 17, 2018, Hugo-Eckener-Saal 9:30 AM Moderne Schweißverfahren - MSG-Schweißen |
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Kaltrissbildung in Mehrlagenschweißungen - Einflussanalyse von Nahtgeometrie und Wärmeführung beim Einsatz modifizierter Sprühlichtbögen |
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Thomas Schaupp* / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland Dirk Schröpfer / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland |
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Ausgehend vom derzeit vorrangigen Einsatz in Mobilkranen, kommen höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ab 960 MPa zunehmend auch in anderen modernen Stahlkonstruktionen zur Anwendung. Dies ist aufgrund aktueller Forderungen nach Energie- und Ressourceneffizienz im Sinne des konstruktiven Leichtbaus vielfach notwendig. Die Verwendung höherfester Stähle sowie deren schweißtechnische Verarbeitung, insbesondere in sicherheitsrelevanten Tragstrukturen, erfordert ein tiefgreifendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Schweißverfahren, Wärmeeinbringung, Abkühlbedingungen sowie den daraus resultierenden metallurgischen Vorgängen in der Schweißnaht und den nahtnahen Bereichen. Vorwiegend werden höherfeste Güten mittels MAG-Prozess geschweißt. Bedeutende Fortschritte der Regelungstechnik führten unter den Herstellern von Schweißstromquellen in den letzten Jahren zur Entwicklung zahlreicher modifizierter Sprühlichtbogenprozesse (modSLB). Diese Prozesse ähneln sich in ihren Eigenschaften und ermöglichen die bekannten positiven Aspekte, wie Einsparung an Schweißzusatz, Schweiß- und Rüstzeit aufgrund der Möglichkeit reduzierter Nahtöffnungswinkel. Der modSLB bedingt zusammen mit einer anderen Nahtgeometrie veränderte Naht- und Schweißraupenquerschnitte sowie einen abweichenden Lagenaufbau. Diese wirtschaftlich-technisch attraktive Möglichkeit reduzierter Nahtöffnungswinkel findet in den Regelwerken zur schweißtechnischen Verarbeitung höherfester Feinkornbaustähle unter Vermeidung von Kaltrissbildung bisher keine Berücksichtigung. Dabei gilt es, gerade die Interaktion der Haupteinflussgrößen auf die Kaltrissbildung unter abgesenktem Nahtöffnungswinkel zu betrachten. Im Rahmen zweier AiF-Forschungsvorhaben (IGF-Nr. 17978N, 18596B) wurde daher der Einfluss der Wärmeführung anhand vergleichender Mehrlagenschweißungen mittels konventionellem Übergangslichtbogen und modSLB mit angepasster Nahtkonfiguration auf schweißbedingte Beanspruchungen sowie auf die Wasserstoffkonzentrationen im Schweißgut untersucht. Für schmalere Nahtfugen zeigten sich beim modSLB unter bauteilrelevanter Schrumpfbehinderung während und nach dem Schweißen signifikant reduzierte Beanspruchungen. Die Minimierung mehraxialer Spannungen und Momente in der Schweißnaht war wesentlich für abgesenkte Gesamtbeanspruchungs- und Zugeigenspannungsniveaus in der WEZ. Zwar liegen im Falle der schmaleren Nahtfugen höhere Wasserstoffkonzentrationen im Schweißgut vor. Jedoch war mittels Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus eine vollständige Wasserstoffeffusion erreichbar. Die Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag zur sicheren Auslegung von Schweißkonstruktionen aus höherfestem Feinkornbaustahl dar und ermöglichen so eine deutlich verbesserte Ausnutzung ihres Festigkeitspotentials. |