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Wednesday, September 21, 2022, TZ 4 und TZ 5 12:30 PM Additive Fertigung - Lichtbogenverfahren II |
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Einfluss des Bauteildesigns auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle |
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Ronny Scharf-Wildenhain* / TU Chemnitz, Professur Schweißtechnik, Deutschland André Hälsig / TU Chemnitz, Professur Schweißtechnik, Deutschland Karsten Wandtke/ BAM, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland Dirk Schröpfer/ BAM, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland Arne Kromm/ BAM, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland Thomas Kannengießer/ BAM, Fachbereich 9.4 / 9.2, Deutschland |
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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 jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und 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 daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Konstruktion und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Probenskalierung bzw. -abmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans durch Breiten-Längen-Verhältnis, Bauteilhöhe und Wanddicke variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Es zeigt sich ein deutlicher Einfluss durch die Probenskalierung sowohl auf die resultierenden Abkühlzeiten als auch auf die lokalen Eigenspannungen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden geometrischen Verhältnissen und Wanddicken wirkt sich deutlich auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse und Schrumpfbehinderung aus. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. Die Schrumpfbehinderung gilt es daher durch Einspanngradkonzepte für kritische Schweißdetails zu quantifizieren. Das Ziel dieser Untersuchungen ist die Klärung der komplexen Wechselwirkungen der Design-, Prozess- und Werkstoffeinflüsse beim WAAM-Schweißen und die Entwicklung eines praktikablen WAAM-Kaltrisstests für hochfeste Baustähle. Damit lassen sich letztlich für die Anwender, gerade KMU, leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM-Schweißen von hochfesten Stählen zur Verfügung zu stellen. |