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Thursday, September 16, 2021, Konferenzraum D/E 9:30 AM Stahlbau - Hochleistungsverfahren I |
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Einlagiges WIG-Stichlochschweißen von Baustählen bis 10 mm mit Heißdraht
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René Ruder* / ifw Jena - Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland Stefan Ulrich / Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung, Deutschland Simon Jahn/ Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung, Deutschland |
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Abstract: Zentrales Thema dieses Beitrags ist das WIG-Stichlochschweißen von Baustählen für den industriellen Anwender. Der massive Einsatz von Zusatzwerkstoff und erhöhter Schweißzeit beim MSG-Schweißen von Baustählen steht zunehmend einer bedeutenden Rolle von Kosten-, Energieeinsparung und Gesundheitsschutz entgegen. Zudem führten die systemtechnischen Grenzen des MSG-Verfahrens in den letzten Jahrzehnten dazu, dass sich zunehmend die bekannten Tiefschweißverfahren wie das Laserstrahl- und Plasmastichlochschweißen, sowie hybride Verfahren beim Schweißen von Komponenten aus Baustahl etablieren. Die Anlagentechnik der genannten Verfahren ist meist auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert und dadurch unflexibel. Eine relativ flexible und im Aufbau einfache Alternative stellt das WIG-Stichlochschweißen dar und bietet in Kombination mit einer Heißdrahtstromquelle wesentliche Vorteile. Mit diesem Verfahren besteht die Möglichkeit, Schweißverbindungen mit höherer Schweißgeschwindigkeit und ohne aufwendige Nahtvorbereitung herzustellen und damit die Produktivität zu steigern. Ein Verzicht auf Schweißzusatz führt jedoch mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit zu Decklagenüberwölbungen im Bereich der Nahtmitte und daraus resultierenden Unterwölbungen/Kerben in den Randbereichen. Daher ist die Zufuhr von Zusatzwerkstoff zwingend notwendig, um das volle Potential auszuschöpfen. Trotz der Vorteile, welche das WIG-Stichlochschweißen bietet, liegen bei der Verarbeitung von „schwarzen“ Stählen bisher nur geringe Erfahrungen in der Industrie und kaum wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse vor. Im allgemeinen Stahlbau hat dies zur Folge, dass derzeit aufwändige Einzelzulassungen notwendig sind und dadurch ein geringes Interesse und Akzeptanz an dem Verfahren in den entsprechenden Industriezweigen mit hohem Baustahlanteil vorhanden ist. Um die Einstiegsbarriere und Hemmnisse zu senken, sollen die Ergebnisse einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dem späteren Anwender ein umfangreiches Prozesswissen und -verständnis in ausreichendem Maße zur Verfügung zu stellen. Innerhalb des Forschungsprojektes „WISIHD“ wurde untersucht, wie sich Schweißzusatz in Form von Kalt- bzw. Heißdraht auf die resultierende Schweißnaht bei den drei Werkstoffen S355J2C+N, S355J2+N und P460NL auswirkt. Die beiden Sorten des S355 wurden ausgewählt, da sie sich aus schweißtechnischer Sicht in ihren zulässigen Schwefelgehalten unterscheiden, welcher möglicherweise zu erhöhter Rissanfälligkeit sowie Herabsetzung der Oberflächenspannung der Schmelze führt und somit Einfluss auf die Schweißergebnisse hat. Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit lag der Schwerpunkt auf der Verwendung von Heißdraht, um eine höchst wirtschaftliche Ausführung der Schweißverbindungen zu ermöglichen unter der Voraussetzung, dass die Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften sichergestellt sind. Die Bewertung der Keyholeausbildung und Lichtbogenstabilität erfolgte anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Schweißprozesses. Im Vorfeld der zerstörenden werkstofftechnischen Prüfung der Verbindungen, wurden diese jeweils einer Durchstrahlungsprüfung unterzogen, um innere Nahtunregelmäßigkeiten vorab zu identifizieren. |