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Scheduled at:
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Wednesday, September 27, 2017, Saal M 2:30 PM
Moderne Schweißverfahren - Lichtbogenschweißen I
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Einfluss der Nahtkonfiguration und des modifizierten Sprühlichtbogens auf die Bauteilbeanspruchungen in hochfesten Schweißverbindungen
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| Authors: |
Dirk Schröpfer* / BAM Bundesanstalt für
Materialforschung und -prüfung, Deutschland
Thomas Kannengießer / Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM), Deutschland
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| Abstract: |
Aufgrund derzeitiger Forderungen nach Energie- und Ressourceneffizienz verbunden mit dem Bestreben einer leichten Konstruktion kommen zunehmend höherfeste Feinkornbaustähle zum Einsatz. Die bspw. im Mobilkranbau vorrangig verarbeiteten Güten mit Festigkeiten bis 960 MPa werden hauptsächlich mittels MAG-Prozess geschweißt. Bedeutende Fortschritte bei der Regelungstechnik führten unter den Herstellern von Schweißstromquellen in den letzten Jahre zur Entwicklung zahlreicher modifizierter Sprühlichtbogenprozesse (bspw. forceArc , DeepARC ) mit ähnlichen Eigenschaften und positiven wirtschaftlichen Aspekten (Einsparpotential an Schweißzusatz, Schweißzeit, Rüstzeit). Die Möglichkeit schmalere Nahtfugen mit abgesenktem Nahtöffnungswinkel zu schweißen, lässt darüber hinaus eine positive Wirkung auf die schweißbedingten Beanspruchungen insbesondere in höherfesten Verbindungen erwarten. Für eine betriebsfeste Auslegung höherfester Schweißkonstruktionen unter möglichst vollständiger Ausnutzung des Festigkeitspotentials, ist neben dem Erreichen der mechanisch-technologischen Nahteigenschaften auch die ausreichende Quantifizierung schweißbedingter Beanspruchungen unter definierter bauteilrelevanter Schrumpfbehinderung notwendig. Hierzu liegen sowohl bezüglich der Kräfte und Spannungen im lokalen Bereich der Schweißnaht als auch für die Gesamteigenbeanspruchung gerade beim Einsatz modifizierter Sprühlichtbögen kaum Kenntnisse vor.
Daher wurden im Rahmen des AiF-Forschungsvorhabens Bauteilbeanspruchung modifizierter Sprühlichtbögen (IGF.-Nr. 17978 N) experimentelle Untersuchungen unter realistischen Einspannbedingungen durchgeführt und der Einfluss der modifizierten Sprühlichtbögen gegenüber den konventionellen Lichtbögen verglichen. Dazu wurde bspw. eine an der BAM eigens entwickelte Prüfanlage eingesetzt, mit der die mehraxialen Belastungen, die mit bis zu 2 MN beim Vorwärmen, Schweißen und Abkühlen auftreten, analysiert wurden. Die Schweißeigenspannungen wurden mittels Röntgendiffraktometrie bestimmt.
Dabei zeigte sich für die schmaleren Nahtfugen verbunden mit dem Einsatz modifizierter Schweißprozesse eine deutliche Absenkung des Beanspruchungsniveaus beim Schweißen selbst unter Schrumpfbehinderung. Insbesondere konnte die Entstehung von Biegemomenten und spannungen aufgrund behinderter Winkelschrumpfung minimiert werden. Dies bedingte eine wesentliche Reduzierung der Gesamtbeanspruchung und insbesondere der Zugeigenspannungen in der WEZ. Mithilfe dieser Erkenntnisse ist die Optimierung der schweißbedingten Beanspruchungen unter Nutzung einer adaptierten Wärmeführung zur verbesserten Ausnutzung des Festigkeitspotentials höherfester Feinkornbaustähle erreichbar.
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