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Tuesday, September 17, 2019, Saal 2 2:30 PM Stahlbau II |
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Schweißmetallurgische Untersuchung des Elektroschlacke-Kanalschweißens zur Qualifizierung für stahlbauliche Anwendungen im Dickblechbereich |
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Richard Banaschik* / Fraunhofer IGP, Deutschland Oliver Brätz / Fraunhofer IGP, Deutschland Knuth-Michael Henkel/ Universität Rostock, Deutschland |
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Bei dem Elektroschlacke-Kanalschweißen (ESW) handelt es sich um ein Hochleistungsschweißverfahren zum einlagigen Schweißen von Steignahtverbindungen großer Blechdicken (üblich: 25 150 mm). Im asiatischen- und nordamerikanischen Hochbaugewerbe werden häufig T- und Doppel T-Stöße (Vollanschlüsse) aber auch Stumpfstöße (I-Stöße) direkt auf der Baustelle mit diesem sehr wirtschaftlichen Verfahren gefügt. Hierbei können sowohl relativ geringe Nahtlängen, von unter einem Meter Länge aber auch mehrere Meter Nahtlänge einlagig und in einem Schweißdurchgang realisiert werden. In Deutschland ist das Verfahren seit Jahrzenten stark rückläufig und wird nur in sehr seltenen Einzelfällen verwendet oder lediglich experimentell betrachtet. Ein Grund für die geringe Nutzungsbereitschaft potentieller Anwender für das Verfahren stellt der ungenügende Kenntnisstand zur Schweißmetallurgie des Elektroschlackeschweißens da. Auch die de facto nicht vorhandene Anlagentechnik und fehlende Praxiserfahrungen erschweren einen möglichen industriellen Einsatz z. B. im Brückenbau oder Schiffbau erheblich. Die metallkundlichen Probleme bzw. Grenzen und die hierfür experimentell verifizierten Lösungsansätze der Autoren werden in dem vorliegenden Beitrag thematisiert. Analog des Elektrogasschweißens besteht die metallurgische Herausforderung im ferritischen ESW-Schweißgut darin, optimale Keimbedingungen während der Gamma-Alpha-Umwandlung auf die ESW-typische Streckenergie (üblich: 20 150 kJ/mm) einzustellen. In diesem Zusammenhang wurden Schweißversuche an T Stößen (Vollanschlüsse, t = 30 mm) mit einer eigens hierfür entwickelten Elektroschlacke-Kanalschweißmaschine durchgeführt. Sowohl die ferritische Matrix als auch die Martensit-Austenit Mikrophasen bzw. Mikropartikel konnten mit angepassten Sauerstoff, Stickstoff- und Legierungsgehalten beeinflusst werden, um adäquate Eigenschaften im Schweißgut erzeugen. Die hierfür erforderlichen hohen Nadelferritgehalte und fein dispers verteilte MA-Partikel sind mit handelsüblichen Draht-Pulverkombinationen erreichbar. Dies konnte durch umfangreiche Auswertung des Mikrogefüges und mechanisch-technologische Prüfungen aufgezeigt werden. Neben dem Schweißgut wurden zudem auch die Wärmeeinflusszonen (WEZ) von unterschiedlichen Stahlgüten untersucht. Innerhalb der Versuchsserien konnten signifikante Unterschiede hinsichtlich der erreichten Kerbschlagarbeit in der WEZ, Schmelzlinie und Schweißgut festgestellt werden. Derzeitige Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten sollen zur industriellen Anwendung des Verfahrens in Deutschland beitragen. |