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Organisationseinheit der BAM
Um den wachsenden Anforderungen an den stofflichen und konstruktiven Leichtbau sowie den Forderungen nach Ressourceneffizienz Rechnung zu tragen, werden in vielen Industriebranchen zunehmend höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen über 690 MPa eingesetzt. Allerdings werden mit zunehmender Festigkeit deutlich höhere Anforderungen an deren schweißtechnische Verarbeitung gestellt, da die Sensibilität gegenüber einer Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften durch den beim Schweißen aufgenommenen diffusiblen Wasserstoff mit steigender Festigkeit zunehmen kann. In den vergleichenden Untersuchungen von konventionellem Übergangslichtbogen und modifiziertem Sprühlichtbogen bei reduziertem Nahtöffnungswinkel konnte gezeigt werden, dass die Schweißprozessparameter die in das Schweißgut eingebrachte Wasserstoffkonzentration beeinflussen. Grundsätzlich ist den erarbeiteten Ergebnissen zu entnehmen, dass im Schweißgut von Stumpfstoßverbindungen mit reduziertem Nahtöffnungswinkel erhöhte mittlere Wasserstoffkonzentrationen vorliegen. Diese können mit geeigneten Wärmeführungen signifikant reduziert werden. Dabei erwies sich eine Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus als zielführend.
In modernen Stahlkonstruktionen werden zunehmend hochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ab 960 MPa eingesetzt. Die wirtschaftliche Verarbeitung dieser Stähle wird neben der Erreichung der anforderungsgerechten mechanischen Eigenschaften durch die Sicherheitsanforderungen an die Schweißnaht bestimmt. Dabei bedingen hohe Eigenspannungen im Schweißnahtbereich eine Reduzierung der Bauteilsicherheit. Insbesondere bei erhöhter konstruktiver Schrumpfbehinderung können Eigenspannungen risskritisches Niveau erreichen. In einer speziellen 2- MN-Prüfanlage wurden dazu Bauteilschweißversuche mit definierter äußerer Schrumpfbehinderung abgebildet. Während dieser mehrlagigen Schweißversuche war die gleichzeitige Messung von Temperatur und Reaktionskräften beim Schweißen und Abkühlen möglich. Die schweißnahtnahen Eigenspannungen wurden mittels röntgenographischer Eigenspannungsanalyse vor und nach dem Entlasten des Probeblechs in der Prüfanlage ermittelt. Sowohl die globalen als auch die lokalen schweißbedingten Beanspruchungen waren deutlich von der Wärmeführung beeinflusst.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Modern steel constructions are built increasingly using highstrength fine-grained structural steels with a yield strength of ≥ 960 MPa. The efficient processing of these steels is determined not only by the achievement of the mechanical properties needed but also by the safety requirements of the weld. High stresses in the weld area cause a reduction of the component safety. Residual stresses can reach a critical level at which the material is susceptible to cracking, especially in case of increased constructive restraint. For this purpose, component weld tests with a defined external restraint were reproduced in a special 2-MN-testing facility. During these multi-layer weld tests the simultaneous measurement of the temperature and reaction forces during welding and cooling was possible. The residual stresses of the weld joint area were determined by means of X-ray difraction analysis before and after release of the restraint. The global stresses due to welding as well as the local ones were clearly influenced by the heat control.
Der verstärkte Einsatz höherfester Stähle und Zusatzwerkstoffe erfordert ein vertieftes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Schweißverfahren, Wärmeeinbringung, Abkühlbedingungen sowie den daraus resultierenden metallurgischen Vorgängen in der Schweißnaht und deren Umgebung. Nur aus dem Zusammenwirken aller Einflussfaktoren lassen sich Strategien ableiten, mit deren Hilfe die Festigkeitseigenschaften bzw. die Lebensdauer von Schweißkonstruktionen in einem Maße verbessert werden können, die den Einsatz höherfester Werkstoffe rechtfertigen und somit deren Leichtbaupotenzial voll ausgenutzt werden kann. Vorgestellt werden einige beispielhafte Untersuchungen an Schweißverbindungen aus höherfesten Feinkornbaustählen zu Interaktionen der Haupteinflussgrößen auf die Kaltrissbildung.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The increased utilisation of higher-strength steels and filler materials necessitates more profound understanding of the connections between the welding process, the heat input, the cooling conditions and the resulting metallurgical processes in the weld and its surroundings. Strategies which help to improve the strength properties and service lives of welded structures to such an extent that the utilisation of higher-strength materials can be justified and their lightweight construction potential can thus be exploited to the full can only be derived from the interaction between all the influencing factors. Examples of a few investigations on welded joints between higher- strength fine-grained structural steels with regard to the interactions between the main variables influencing the cold cracking are presented in this article.
Analyse lokaler Verformungsfelder mittels DIC-Technik während der Heißrissbildung beim Schweißen
(2013)
Für die Gewährleistung der Bauteilsicherheit ist während des Fertigungsprozesses das Vermeiden von Imperfektionen maßgeblich. Zu diesen Imperfektionen zählen auch beim Schweißen auftretende Heißrisse, die insbesondere die Bauteileigenschaft beeinflussen und demzufolge ausgeschlossen werden müssen. Aufgrund der hohen Komplexität, hervorgerufen durch das Zusammenwirken zahlreicher Einflussgrößen, existieren überwiegend vereinfachte Werkstoffmodelle, die das Heißrissphänomen nur unzureichend beschreiben. Da bislang eine Charakterisierung dieser Heißrissentstehung überwiegend auf spannungs- und dehnungsbasierten Modellen erfolgt, wurde in diesem Fall speziell geprüft, in wie weit vereinfachend eine Quantifizierung des Heißrissverhaltens anhand von Verschiebungen bzw. Verschiebungsraten möglich ist. Die Tatsache, dass Heißrisse in Werkstoffen auftreten, die aus metallurgischer Sicht als heißrissunkritisch eingestuft werden können, zeigt, dass weitere Faktoren, wie der konstruktive Einfluss, betrachtet werden müssen. In der vorliegenden Arbeit wurde dieser Aspekt unter Nutzung des Controlled-Tensile- Weldability(CTW)-Tests untersucht. Hierfür wurde die Digital-Image-Correlation( DIC)-Technik erfolgreich zur In-situ-Analyse der lokalen Querverschiebungen dy und Querverschiebungsraten dy/dt in direkter Schmelzbadnähe während des Schweißens eingesetzt.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In order to guarantee the component safety, it is essential to avoid imperfections during the production process. These imperfections also include hot cracks which arise during welding, exert an influence on the component property in particular and must consequently be excluded. Due to the high complexity caused by the interaction of a large number of influencing variables, there are mostly simplified material models which describe the hot cracking phenomenon only insufficiently. Since this hot crack initiation has, until now, been characterised mostly on models based on stresses and strains, it was especially checked in this case the extent to which the hot cracking behaviour can be quantified using a simplifying method taking account of displacements and displacement rates. The fact that hot cracks occur in materials that, from the metallurgical point of view, cannot be classified as hot-crack-critical shows that further factors such as the influence of design need to be considered. This aspect was investigated in the present study by using the Controlled Tensile Weldability (CTW) test. For this, the Digital Image Correlation (DIC) technique was successfully applied for the in situ analysis of the local transverse displacements dy and transverse displacement rates dy/dt in the direct weld pool vicinity during welding.