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Beitrag zur Ermittlung vorrangig konstruktiver Einflussgrößen auf die Heißrissinitiierung an geschweißten Bauteilen

  • Die bisherigen Forschungsergebnisse ermöglichen, ungeachtet der Vielzahl existenter experimenteller und numerischer Ergebnisse, keine allgemeingültige Heißrisscharakterisierung und speziell Erstarrungsrisscharakterisierung. Ursächlich hierfür ist vor allem die Vielzahl von Einflussgrößen und damit die komplexe Interaktion dieser Mechanismen, die eine generelle Beschreibung des Heißrissphänomens erschwert. Die Heißrissentstehung und somit die Erstarrungsrissinitiierung werden durch die Interaktion von Schweißprozess, Metallurgie und Design beschrieben. Die Literaturrecherche zeigt, dass bei der Erstarrungsrisscharakterisierung der konstruktive Aspekt vielfach unterschätzt wird. Hierbei werden u. a. die bauteil- und fertigungsspezifischen Vorbeanspruchungen durch diverse Umformprozesse hinsichtlich der Ausführung der Schweißnaht zu selten berücksichtigt. Ferner wird der Designeinfluss bei der Heißrissentstehung durch die eingeschränkte Übertragbarkeit verschiedenerDie bisherigen Forschungsergebnisse ermöglichen, ungeachtet der Vielzahl existenter experimenteller und numerischer Ergebnisse, keine allgemeingültige Heißrisscharakterisierung und speziell Erstarrungsrisscharakterisierung. Ursächlich hierfür ist vor allem die Vielzahl von Einflussgrößen und damit die komplexe Interaktion dieser Mechanismen, die eine generelle Beschreibung des Heißrissphänomens erschwert. Die Heißrissentstehung und somit die Erstarrungsrissinitiierung werden durch die Interaktion von Schweißprozess, Metallurgie und Design beschrieben. Die Literaturrecherche zeigt, dass bei der Erstarrungsrisscharakterisierung der konstruktive Aspekt vielfach unterschätzt wird. Hierbei werden u. a. die bauteil- und fertigungsspezifischen Vorbeanspruchungen durch diverse Umformprozesse hinsichtlich der Ausführung der Schweißnaht zu selten berücksichtigt. Ferner wird der Designeinfluss bei der Heißrissentstehung durch die eingeschränkte Übertragbarkeit verschiedener Beanspruchungen auf den Labormaßstab und somit auf die jeweiligen Heißrisstests limitiert. Daraus resultiert die Komplexität bei dem Transfer der Ergebnisse zwischen Laborproben und Bauteilen sowie der grundsätzlichen Heißrisscharakterisierung. Diese Arbeit hatte das Ziel, unterschiedliche bei Bauteilschweißungen auftretende Bean-spruchungen im Labor abzubilden sowie die experimentelle Quantifizierung erstarrungs-risskritischer Größen. Diesbezüglich wurden fremdbeanspruchte Heißrisstests unter An-wendung berührungsloser Messtechniken durchgeführt, um so den Schweißprozess hin-sichtlich verschiedener designspezifischer Einflussgrößen auf die Erstarrungsrissinitiierung bei hochlegierten Stählen zu analysieren. Die Untersuchungen erfolgten an austenitischen (1.4828) und ferritischen (1.4509) Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen und technologischen Eigenschaften. Zur Berücksichtigung der praxisrelevanten Beanspruchungen wurden die Proben mit verschiedenen Zug- und Biegebeanspruchungen teils vor und während des WIG-Schweißprozesses beaufschlagt. Im Hinblick auf den jeweiligen Beanspruchungsfall erfolgten lokale und schweißnahtnahe Analysen erstarrungsrisskritischer Verschiebungen und Verschiebungsraten mit exakter Zeit- und Ortsauflösung. Zusätzlich wurden Fallanalysen an Bauteilen in industriellen Fertigungsprozessen durchgeführt, um besonders den gegenseitigen Einfluss von Design und Schweißprozess zu ermit-teln und zusätzlich die Ergebnisübertragbarkeit von Laborproben und Bauteilen aus dem Fertigungsprozess zu prüfen. Die durchgeführten Untersuchungen ergeben wesentliche Erkenntnisse zur Vermeidung von Bauteilschäden durch Erstarrungsrisse. Es wurde der designspezifische Einfluss auf das Erstarrungsverhalten der Schweißnaht nachgewiesen und als Erstarrungsrisskriterium dargestellt. Die Arbeit beschreibt für diverse Beanspruchungen die Mechanismen bei der Erstarrungsrissinitiierung. Ferner zeigen die Ergebnisse wesentliche erstarrungsrissspezifische Unterschiede zwischen Vorbeanspruchungen und Beanspruchungen während des Schweißprozesses. Zudem erfolgte die Darstellung der Interaktion von Design und Schweißprozess, werkstoffspezifisch anhand in-situ detektierter Verschiebungswerte. Es wurde gezeigt, dass die ermittelten Messdaten von Bedeutung für weiterführende numerische Simulationen sind, insbesondere zur Validierung numerischer Modelle, die erstarrungsrisskritische Bauteildeformationen abbilden.zeige mehrzeige weniger
  • The previous research results do not allow a general hot crack characterisation although a variety of experimental and numerical knowledge is available. The reason for this is mainly the large number of influencing factors that complicate a complete description of the hot cracking phenomenon and especially solidification cracking. The hot crack formation and thus the solidification crack initiation can be described by the interaction of process, metal-lurgy and design. However, the literature examination shows that in the solidifaction crack characterisation the influence of the design aspect is often underestimated. The pre-stresses of the structural components is up to now not considered as an essential cause for the formation of solidification cracks. The evaluation of the influence of the vari-ous parameters is presented partly inconsistent. In addition, the targeted presentation of the design influence with respect to the solidification cracks in the weld is because the limitedThe previous research results do not allow a general hot crack characterisation although a variety of experimental and numerical knowledge is available. The reason for this is mainly the large number of influencing factors that complicate a complete description of the hot cracking phenomenon and especially solidification cracking. The hot crack formation and thus the solidification crack initiation can be described by the interaction of process, metal-lurgy and design. However, the literature examination shows that in the solidifaction crack characterisation the influence of the design aspect is often underestimated. The pre-stresses of the structural components is up to now not considered as an essential cause for the formation of solidification cracks. The evaluation of the influence of the vari-ous parameters is presented partly inconsistent. In addition, the targeted presentation of the design influence with respect to the solidification cracks in the weld is because the limited transferability of the various component-specific stresses on a laboratory scale and thus to the respective hot cracking tests restricted. Hence, the difficulty to transfer the results be-tween laboratory specimen and component as well as the general hot crack characterisa-tion is given. In this work the different types of stresses from the component welding in the laboratory and to quantify experimentally the solidification crack critical values, displacements and dis-placement rates were detected. In this regard external loaded hot cracking tests were car-ried out by using the advantages of contactless measurement techniques close to the weld and to analyse the welding process with respect to various local and global design-specific factors influencing the formation of solidification cracks in high alloyed steel. These investi-gations were performed on austenitic (1.4828) and ferritic (1.4509) materials with different mechanical and technological properties. To reflect the praxis relevant load conditions from production process the specimens were treated with various tensile and bending load partly before and during TIG-welding. With regard to the respective load cases the local and two-dimensional analyses of solidification crack critical parameters were carried out close to the weld, time and spatial resolved. Additionally, case analyses on components in the pro-duction process were done in order to evaluate the primary design-specific influence to solidification cracking. The general influence of the design to the process parameters was evaluated. Furthermore, the transferability of the laboratory test results on components was examined. The performed investigations yield significant knowledge to prevent solidification cracks, especially for component manufacturing. The design-specific influence on the solidification behavior and the weld microstructure was detected which was proved as a solidification crack criterion. This work describes feasible mechanisms of different stress conditions with respect to the initiation of solidification cracks. In addition, the results show substantial solidification specific differences between pre-load and load during the welding process. It was described the mutual influence of design and welding process, material-specific based on in-situ detected displacement values. The data obtained are of importance for further numerical simulations, especially for the validation of numerical models that represent the solidification crack-critical component deformations.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Christian Gollnow
Dokumenttyp:Dissertation
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM-Dissertationsreihe (139)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2015
Organisationseinheit der BAM:9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.0 Abteilungsleitung und andere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Titel verleihende Institution:Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau
Gutachter/innen:Thomas Kannengießer, Volker Wesling
Datum der Abschlussprüfung:02.09.2015
Verlag:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:139
Erste Seite:1
Letzte Seite:183
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Bauteilbeanspruchung; Digital-Image-Correlation-Technik (DIC); Heißrisse; In-Situ-Analyse; Schweißtechnik
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-5353
ISBN:978-3-9817502-0-1
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoAllgemeines Deutsches Urheberrecht
Datum der Freischaltung:09.11.2015
Jahr der Fertigstellung:2015
Referierte Publikation:Nein