|
6923 |
|
Wednesday, September 15, 2021, Konferenzraum D/E 12:00 PM Stahlbau - Schweißen von Feinkornbaustählen |
|
Beanspruchungsgerechte Reparatur beim Bauteilschweißen hochfester Feinkornbaustähle |
|
Amadeus Becker* / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich 9.4 – Integrität von Schweißverbindungen
, Berlin Dirk Schröpfer / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin |
|
Für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung von Windkraftanlagen ist der Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle notwendig. Dies gilt sowohl für die Windkraftanlagen selbst als auch für die Mobilkrane, die zur Errichtung erforderlich sind. Werden nach dem Schweißen solcher Konstruktionen unzulässige Defekte detektiert, sind nach den entsprechenden Verarbeitungsrichtlinien diese Bereiche durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen zu reparieren. Jedoch geben die Regelwerke keine Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten, insbesondere zur Berücksichtigung bzw. Verringerung auftretender Beanspruchungen durch die hohe Schrumpfbehinderung der Ausfugenuten, Degradation angrenzender Gefüge durch thermische Ausfugeprozesse und erneutes Schweißen. Daher werden aktuell in einem Forschungsvorhaben der BAM (FOSTA P1311/IGF-Nr.20162N) systematisch bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte durchgeführt und der Einfluss der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen, sowie der Reparaturzyklenanzahl umfangreich analysiert. Hierfür stehen insbesondere Stahlgüten im Fokus, die zur Errichtung und Fertigung hocheffizienter Konstruktionen, wie Windenergieanlagen, notwendig sind: S500MLO (Offshore-Bereich) und S960QL (Mobilkranbau). Mittels strukturmechanischer Berechnungen und Experimente wurden Probengeometrien identifiziert, die Schrumpfbehinderungen und Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen aufweisen, wie sie an realen Bauteilen auftreten. Analysen mittels instrumentierter Schweißexperimente innerhalb einer statistischen Versuchsplanung an freischrumpfenden und selbstbeanspruchenden bauteilähnlichen Schweißproben zeigen, dass sich die ergebenden schweißbedingten Beanspruchungen mit zunehmenden Einspanngrad deutlich erhöhen. Zudem ist zu beobachten, dass sich beim Reparaturschweißen eine geringere Wärmeinbringung mit niedrigen Zwischenlagentemperaturen eignet, um hohe Beanspruchungen und kritische Gefügedegradationen im Reparaturbereich zu vermeiden. Es wird darauf aufbauend geklärt, wie sich im nächsten Schritt Reparaturschweißversuche auf Bauteile aus dem Mobilkran- und Offshore-Bereich übertragen lassen. Ziel ist es, Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte als Grundlage für entsprechende Normen und Regelwerke abzuleiten, um letztlich teure Schäden und Nacharbeiten zu verhindern und eine verbesserte Ausnutzung des Festigkeitspotentials hochfester Stähle zu erreichen. Hinsichtlich der Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material profitieren gerade KMU von einer hohen wirtschaftlichen Effizienz bei der Mitgestaltung der Energiewende in Deutschland. |