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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 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.
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.
All melting range alloys are subject to the risk of material-, design- and welding process-specific hot cracking during liquid to solid phase transition. The present study was focused specifically on the influence of additional external loads, e.g. resulting from component welding fabrication, on weld pool near displacements and on the associated structural hot cracking behaviour. Respective experimental investigations were conducted using the controlled tensile weldability test enabling defined additional tensile load imposition during welding. Depending on external loading, the local weld pool near transverse displacements dy and transverse displacement rates dy/dt were determined in situ during welding with the help of the digital image correlation technique. The measurements allowed time and spatially resolved identification of hot crack critical transverse displacements and displacement rates.