Abstract No.:
6933

 Scheduled at:
Tuesday, September 14, 2021, Saal Essen 10:00 AM
DVS CAMPUS - Additive Manufacturing (PBF-LB and DED-Arc)


 Title:
Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle

 Authors:
Ronny Scharf-Wildenhain* / TU Chemnitz, Professur Schweißtechnik, Deutschland
André Hälsig / TU Chemnitz, Professur Schweißtechnik, Deutschland
Karsten Wandtke/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland
Dirk Schröpfer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland
Arne Kromm/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland
Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland

 Abstract:
Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMUs aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und fehlender Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht.
Im Fokus dieser Analysen stand die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen, deren Ermittlung mittels Röntgenbeugung erfolgte. Hierfür wurden Referenzproben als offene Hohlquadern mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgte durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wurde innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (0,4 kJ/mm bis 0,8 kJ/mm) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 25 s). Ziel war es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Für die Zwischenlagentemperatur konnten neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. So bewirkt das Schweißen mit hoher Wärmeeinbringung eher ungünstige Gefüge und Bauteileigenschaften sowie erhöhte Zugeigenspannungsniveaus bis hin zur Werkstoffstreckgrenze. Letztlich sollen aufbauend auf solchen Untersuchungen speziell für WAAM selbstbeanspruchende Kaltrisstestkonzepte erarbeitet und mit den gewonnen Erkenntnissen leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den KMU zur Verfügung gestellt werden.


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