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Monday, September 16, 2019, Saal 6 11:30 AM DVS-STUDENTENKONGRESS Anwendungsstrahlschweißen |
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Erweiterung des Werkstoff- und Verarbeitungsspektrums im Windenergieanlagenbau |
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Timm Evers* / Instiut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen, NRW Uwe Reisgen / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen, NRW |
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Um die Risiken und Auswirkungen des Klimawandels deutlich zu reduzieren wurde auf dem Pariser Klimagipfel das Ziel ausgegeben, den weltweiten durchschnittlichen Temperaturanstieg auf unter 1,5 °C zu begrenzen. Daher sollen in Deutschland bis 2050 die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 % Verringert werden. Eine Schlüsselfunktion hat dabei der Energiesektor, der derzeit für mehr als 80 % der Emissionen in Deutschland verantwortlich ist. Um diese Ziele zu erreichen nimmt die Windenergie eine Schlüsselrolle ein. Hierzu werden Anlagen als Offshore-Windparks in großer Entfernung von der Küste in Wassertiefen von 20 bis 50 m realisiert. Die äußerst zeit- und kostenintensive schweißtechnische Verarbeitung der extrem dicken Bleche stellt dabei eine große Herausforderung dar. Zur Einhaltung der Zähigkeitsanforderungen bei tiefen Temperaturen werden gegenwärtig die Tragstrukturen mit dem Unterpulverschweißverfahren hergestellt. Jedoch ist der Einsatz dieses Verfahrens im Dickblechbereich aufgrund des großen Nahtvolumens und der damit einhergehenden hohen Schweißlagenzahl als nachteilig zu bewerten. Zum Vergleich: Während beim Unterpulverschweißen für eine Blechdicke von 100 mm über 150 Lagen erforderlich sind, würde beim Elektronenstrahlschweißen (EB-Schweißen) nur eine einzige Schweißlage benötigt. Dadurch ergeben sich beim EB-Schweißen zeitliche und wirtschaftliche Vorteile. Allerdings können die im Offshore-Anlagen Bereich geforderten Zähigkeitseigenschaften von EB-Schweißverbindungen nicht eingehalten werden. Hier stellt sich die Frage, ob durch eine prozesstechnische Optimierung eine Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften der EB-Schweißverbindungen möglich wäre und somit der Einsatz dieses Verfahrens ermöglicht würde. Die Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften von Schweißverbindungen ist bereits seit den 1980er Jahren Bestandteil von wissenschaftlichen Untersuchungen. Die Konzepte zur Zähigkeitssteigerung werden in zwei unterschiedliche Ansätze unterteilt. Einerseits wird versucht, mit Hilfe von Zusatzwerkstoffen oder speziellen Legierungskonzepten des Grundwerkstoffes die Zähigkeit zu verbessern (metallurgischer Ansatz). Andererseits wird versucht, über gezielt eingestellte Temperaturführungen die Gefügeeinstellung zu optimieren (prozesstechnischer Ansatz). Auch wenn die beiden Ansätze insbesondere während des Prozesses nicht grundsätzlich entkoppelbar sind, soll hier auf die Möglichkeiten zur Einflussnahme eingegangen werden. |