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Wednesday, September 16, 2020, Virtueller Raum 2 9:30 AM Stahlbau - Fügeverfahren |
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Lichtbogenlöten - Einfluss von fertigungstechnischen und geometrischen Parametern auf die Betriebstauglichkeit verzinkter Stahlkonstruktionen |
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Philipp Andreazza* / Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland Andreas Gericke / Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland Knuth-Michael Henkel/ Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland |
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Im Stahl- und Schiffbau besteht häufig die Notwendigkeit verzinkte Strukturen ökonomisch fügen zu müssen. Verzinkte Stahl-Hochbaustrukturen müssen in der stahlbaulichen Praxis oftmals vor dem Beschichten oder für Reparaturmaßnahmen thermisch gefügt werden, wofür häufig MSG- oder WSG-Verfahren angewendet werden. Ohne Entfernung der auf den Grundwerkstoff aufgebrachten Korrosionsschutzschicht können jedoch keine qualitäts- und korrosionsgerechten Schweißverbindungen hergestellt werden, sodass bei der Fertigung entsprechend korrosionsgefährdeter Elemente aus verzinktem Rohmaterial häufig mit Doppelmuffenverbindungen gearbeitet wird oder alternativ die Beschichtung entfernt, das Bauteil verschweißt und anschließend nachbeschichtet werden muss. Unter Zuhilfenahme des Lichtbogenlötens mit niedrigschmelzenden Kupferbasisloten können verzinkte Bauteile mit geringerer thermischer Belastung miteinander verbunden werden, ein Nachverzinken entfällt gänzlich, da die Zinkschicht in den Nahtnebenbereichen erhalten bleibt und die Lötnaht an sich sehr reaktionsträge ist. Die sich hieraus ergebenen zeitlichen Ersparnisse sichern den wirtschaftlichen Erfolg dieser Technologie wirkungsvoll. Jedoch bestehen nur ungenügende Kenntnisse über das Betriebsverhalten lichtbogengelöteter Verbindungen im Grobblechbereich (t > 3mm). Ohne Wissen bezüglich des statischen- und dynamischen Tragverhaltens lichtbogengelöteter Verbindungen ist eine rechnerische Auslegung und damit Nutzung der Technologie nicht möglich. Ausführungsempfehlungen für das Erreichen der geforderten Verbindungsqualitäten fehlen für stahlbauliche Betriebe gänzlich. Im Projekt wurden die Erkenntnisse über das Betriebsverhalten lichtbogengelöteter Strukturen erweitert, indem sechs verschiedene Kupferbasislote (CuSi3Mn, CuAl7, CuAl5Ni2Mn, CuAl8Ni2Fe2Mn2, CuAl9Ni5Fe3Mn2 und CuMn12Ni2) auf verschiedenen Oberflächenzuständen von S235JR (t > 3 mm) untersucht wurden. Metallographische Analysen zur Charakterisierung der Bindungsmechanismen wurden an Auftrags-, Kehl-, und Stumpfnähten lichtoptisch und mittels Rasterelektronenmikroskopie durchgeführt, sowie Grenzwertbetrachtungen zum Einfluss geometrischer und Fertigungsparameter (Spaltbreite, Kantenversatz, Ein- bzw. Mehrlagenlöten, etc.) ausgeführt. Zur Analyse der Beanspruchbarkeit der Verbindungen wurden Stumpf- und Kreuzstoßverbindungen an blanken und verzinkten Oberflächenzuständen hergestellt und mittels Zugversuch untersucht. Des Weiteren erfolgten Bruchflächenanalysen und Bauteilzugversuche. Die Ermittlung der Schwingfestigkeit erfolgte durch die Durchführung von Wöhlerversuchen. Um die Betriebssicherheit der Verbindung unter korrosiver Beanspruchung sicherzustellen, wurden ausgewählte Löt- sowie geschweißte Referenzproben zusätzlich im Salzsprühnebeltest analysiert. |