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Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 2 1:30 PM Moderne Fügetechnik - Schutzgasschweißverfahren |
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Einfluss von Konstruktion und Wasserstoff auf die Kaltrissbildung hochfester Feinkornbaustähle |
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Thomas Schaupp* / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland Dirk Schröpfer / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland Nina Schröder/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland |
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Der konstruktive Leichtbau erfordert den Einsatz hochfester Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ab 690 MPa. Im Mobilkranbau werden diese Werkstoffe bereits seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt und die Verwendung weitet sich aktuell auf den allgemeinen Stahlbau und Windenergieanlagenbau aus. Das hohe Festigkeitspotential dieser Stahlgüten lässt sich jedoch noch nicht vollständig ausnutzen, weil mit zunehmender Festigkeit deutlich höhere Anforderungen an die schweißtechnische Verarbeitung gestellt werden. Dies betrifft insbesondere auch die sichere Vermeidung einer wasserstoffunterstützten Kaltrissbildung. Kaltrisse entstehen aus der Interaktion zwischen lokalem risskritischem Gefüge, lokal erhöhter Wasserstoffkonzentration und lokal erhöhter mechanischer Beanspruchung. Hinzu kommt, dass energie- und ressourceneffiziente Verfahrensmodifikationen, wie die Verringerung des Nahtöffnungswinkels unter Einsatz moderner Lichtbogenprozesse, abweichende Wasserstoffkonzentrationen und Beanspruchungszustände in der Schweißnaht bedingen. Im Rahmen zweier AiF-Forschungsvorhaben (IGF-Nr. 17.267N und 17.978N) wurden Einflussanalysen zu den lokalen und globalen schweißbedingten Beanspruchungen in hochfesten Feinkornbaustählen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Gesamtbeanspruchung unter reduziertem Nahtöffnungswinkel zwar geringer ist als in der breiteren Nahtfuge. Die lokalen Quereigenspannungen im Schweißgut waren jedoch höher. Zudem bedingt eine Erhöhung der Schrumpfbehinderung eine signifikante Zunahme des Quereigenspannungsniveaus. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde im AiF-Forschungsvorhaben IGF-Nr. 18.596BR der Einfluss von Schweißprozessparametern bei unterschiedlichen Nahtöffnungswinkeln auf die eingebrachte Wasserstoffkonzentration analysiert. Es zeigten sich bei reduziertem Nahtöffnungswinkel erhöhte Wasserstoffkonzentrationen im Schweißgut, die beim Mehrlagenschweißen zu Mikro-(Kalt-)rissen führten. Eine gezielte Nachwärmung aus der Schweißwärme heraus führte zu wasserstoff- und rissfreien Schweißgütern. Neben diesen Untersuchungen werden im vorliegenden Beitrag Ergebnisse zum Einfluss der konstruktiv bedingten Schrumpfbehinderung auf die Quereigenspannungen in einem hochfesten S960QL vorgestellt. TEKKEN-Tests dienten der Quantifizierung des Kaltrissverhaltens während des Schweißens unter Einspannung bzw. Selbstbeanspruchung. Dabei wurden die Wasserstoffkonzentrationen über die Schutzgaszusammensetzung und der Nahtöffnungswinkel von 30° bis 60° variiert. Bei diesen Schlitzproben mit reduziertem Nahtöffnungswinkel war eine erhöhte Rissbildung zu beobachten. Die Eigenspannungen im Schweißgut lagen bei ca. 90 % der Streckgrenze. Durch eine Nachwärmung konnte die Kaltrissbildung vermieden werden. |