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Thursday, September 17, 2015, Saal Tokio 12:15 PM Stahlbau I |
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Zähigkeitssteigerung durch Schmelzbadvibration UP-geschweißter Feinkornbaustähle |
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Knuth-Michael Henkel / Universität Rostock, Lehrstuhl Fügetechnik, Deutschland Andreas Gericke* / Fraunhofer AGP, Deutschland |
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Die intensiven thermischen Einwirkungen von Unterpulver-Hochleistungsschweißverfahren können insbesondere bei überhitzten Schmelzbädern von UP-Mehrdrahtverfahren und höherfesten Feinkornbaustählen zu ungenügenden mechanisch-technologischen Eigenschaften in Schweißgut und Wärmeeinflusszone, vor allem im größeren Blechdickenbereich > 30 mm, führen. Diese Problematik tritt unter anderem im Rahmen der Fertigung von Offshore-Gründungsstrukturen, Windtürmen sowie im schweren Kranbau auf. Neben der allgemeinen Wärmeführung sowie der Wahl des Legierungssystems für die Zusatzwerkstoffe stellt die Einbringung von Vibrationen ins Schmelzbad eine praktikable Möglichkeit dar, die mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie den Wärmehaushalt in der Schweißverbindung zu beeinflussen. Durch diese aus dem Gießereiwesen bekannte Anwendung ist es möglich, bei großen Schmelzbädern eine bevorzugte Bildung günstiger Gefügemorphologien, wie z.B. Nadelferrit, zu erzeugen sowie eine beschleunigte Abkühlung der Schmelze und schmelznahen Bereiche herbeizuführen. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen für die Offshoreindustrie mit S355 / S690 wurden Versuchsschweißungen mit dem UP-Eindraht (E=20kJ/cm)- und UP-Tandem-Verfahren (E=30kJ/cm) unter Einbringung von Vibration während des Schweißens durchgeführt und mit Referenzschweißungen vergleichen. Die Vibrationen wurden über das Werkstück selbst eingeleitet und die Vibrationsparameter (Frequenz, Amplitude, Anregungsrichtung) im unterharmonischen Bereich (f d 40Hz) variiert. Als Zusatzwerkstoffe wurden niedrig- und mittellegierte Drähte (u.a. S3Si und S2Ni2,5CrMo) sowie fluoridbasisches Pulver verwendet. Zunächst wurden lichtmikroskopische Untersuchungen durchgeführt und hinsichtlich der Gefügeanteile quantifiziert. Danach wurden Übergangskurven der Kerbschlagarbeit (instrumentiert) im Temperaturbereich zwischen +20°C und -60°C sowie Zugversuche von Schweißgut / WEZ aufgenommen und Härteprüfungen durchgeführt. Zur Überprüfung des Einflusses auf den Wärmehaushalt wurden Abkühlverläufe quer zur Naht und im Schweißgut ermittelt. Besonders im niedriglegierten Bereich wird durch Einbringung von Vibration eine erhebliche Zunahme des nadelferritischen Gefüges und eine Erhöhung der Kerbschlagarbeit im gesamten Temperaturprüfbereich bis 100% sowie eine erhebliche Festigkeitszunahme erreicht. Die vibrationsbeeinflußten Temperaturverläufe zeigten im Vergleich zur Referenzprobe quer zur Naht sowie im Schweißgut eine beschleunigte Abkühlung. Ursachen sowie praktische Auswirkungen u.a. auch auf Verzug und Eigenspannungen werden diskutiert und Implementierungsmöglichkeiten für die Praxis dargestellt. |