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- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (58)
Paper des Monats
- ja (1)
Diese Arbeit zeigt erstmals die Anwendung einer elektromagnetischen Schmelzbadsicherung beim einlagigen MSG-Schweißen von dickwandigen Stählen. Die innovativen Entwicklungen im Bereich des Lichtbogenschweißverfahrens ermöglichen eine Erhöhung der Abschmelzleistung, um die Einschweißtiefe zu steigern. Somit kann die Lagenanzahl reduziert und die Produktivität gesteigert werden. Allerdings besteht insbesondere beim einlagigen Schweißen von dickwandigen Bauteilen in PA-Position ein erhöhtes Risiko für das gravitationsbedingte Austropfen der Schmelze an der Wurzel. Zur Verhinderung werden Badsicherungen eingesetzt, die mechanisch angebracht und nach dem Schweißen entfernt werden müssen, was zeit- und kostenintensiv ist.
Die im Rahmen dieser Studie eingesetzte elektromagnetische Schmelzbadsicherung wirkt dem gravitationsbedingten Austropfen der Schmelze entgegen und kompensiert den hydrostatischen Druck. Sie wirkt kontaktlos, was im Gegensatz zu herkömmlichen Badsicherungen vorteilhaft ist, so dass auf eine zeit- und kostenintensive Nachbearbeitung der Schweißnahtwurzel verzichtet werden kann. Das auf extern angelegten oszillierenden Magnetfeldern beruhende Verfahren wird dabei unterhalb des zu schweißenden Bauteils positioniert. Die Magnetfeldlinien sind quer zur Schweißrichtung ausgerichtet, sodass längs zur Schweißrichtung Wirbelströme im Werkstück und eine stets nach oben gerichtete Lorentzkraft generiert werden. Mit Hilfe der elektromagnetischen Badsicherung konnten beim einlagigen MSG-Schweißen von bis zu 10 mm dicken Blechen die Tropfenbildung vermieden werden. Die innovative Technologie ermöglicht es, dickwandige Bauteile einlagig zu schweißen und reduziert die Nachbearbeitungszeiten und -kosten deutlich.
Die technischen Entwicklungen in der Lasertechnologie in den letzten Jahrzehnten haben eine neue Generation von Hochleistungslasersystemen im Leistungsbereich bis zu 100 kW auf den Markt gebracht. Dennoch ist die industrielle Anwendung des Hochleistungslaserstrahlschweißens auf bis zu 15 mm dicke Bleche beschränkt. Mögliche Ursachen der Einschränkungen des Verfahrens sind z.B. die Sensibilität des Verfahrens auf Fertigungstoleranzen wie Spalt und Kantenversatz, die erhöhte Tropfenbildung bei höheren Blechdicken und eine inhomogene Verteilung des Zusatzwerkstoffes beim Laserhybridschweißen. In dieser Studie wird ein auf extern angelegte Magnetfelder basierte elektromagnetische Schmelzbadstütze eingesetzt, um die Grenzen des Verfahrens zu erweitern und die Herausforderungen zu minimieren. Der wesentliche Vorteil der elektromagnetischen Schmelzbadstütze ist, dass sie berührungslos arbeitet. Mit Hilfe der elektromagnetischen Schmelzbadstütze konnten bei 20 mm dicken Proben aus S355J2 die Tropfenbildung an der Wurzel vermieden werden. Zudem wurde der Einfluss der Kantenqualität auf die Schweißnahtqualität untersucht, wobei verschiedene Schneidverfahren zur Kantenvorbereitung eingesetzt wurden, wie z.B. Plasma-, Brenn- oder Laserschneiden. Es konnte gezeigt werden, dass auch bei schlechteren Kantenvorbereitung im Gegensatz zu gefrästen Bauteilen die Werkstoffe einlagig mittels Laserhybridschweißen bei einer hohen Schweißnahtqualität gefügt werden konnten. Bei plasmageschnittenen Proben wurden zudem eine Spaltüberbrückbarkeit bzw. Kantenversatz von bis zu 2 mm sicher überbrückt. Des Weiteren war es mit Hilfe der externen Magnetfelder möglich, die Durchmischung des Zusatzwerkstoffes über die gesamte Schweißnahttiefe deutlich zu homogenisieren.
The study deals with the influence of the heat input on the thermal cycles and Charpy impact toughness for hybrid laser-arc welding of 25 mm thick structural steel S355J2 using a 20-kW high-power laser in combination with an electromagnetic weld pool support. The main focus is on the change of the mechanical properties over the entire seam thickness. The cooling times were measured using a pyrometer in combination with an optical fibre in three different locations near to fusion lines corresponding to different heights of the seam. Also, Charpy impact specimens were taken from different parts of the weld joint corresponding to the different heights. The influence of the heat input was investigated for 1.8 kJ mm-1 and 3.2 kJ mm-1. Despite the observed decreased values of both t8/5-cooling time and the Charpy impact toughness in the root part of the seam, the required values could be reached in dependance on applied heat input.
Single-pass Hybrid Laser Arc Welding of Thick Materials Using Electromagnetic Weld Pool Support
(2019)
Hybrid laser-arc welding process allows single-pass welding of thick materials, provides good quality formation of joints with minimal thermal deformations and a high productivity in comparison with arc-based welding processes. Nevertheless, thick-walled steels with a thickness of 20 mm or more are still multi-pass welded using arc welding processes, due to increased process instability by increasing laser power. One limitation factor is the inadmissible formation of gravity drop-outs at the root. To prevent this, an innovative concept of electromagnetic weld pool support is used in this study. With help of such system a stable welding process can be established for 25 mm thick steel plates and beyond. Sound welds could be obtained which are tolerant to gaps and misalignment of the welded parts. The adaptation of this system to laser and hybrid laser-arc welding process can dramatically increase the potential field of application of these technologies for real industrial implementation.
With global increases in clean energy demand, the natural gas is gaining in importance. Pipelines are the safest and most cost-effective way of transporting natural gas. Due to high transport volume and resulting high operation pressure, the demand for ultra-high strength steel grades such as X120 is very strong. As a result of the fact that these steels are produced by thermo-mechanical controlled processing, the welding process must be selected accordingly. Based on investigations, a high heat input such as by submerged arc welding process leads to softening in the weld metal and loss of strength whereas pure laser beam welding results in high cooling rates and deteriorate toughness of the weld metal. The objective of this research is to investigate the influence of heat input to mechanical properties of hybrid laser-arc welded pipeline steels of grade X120. Test specimens with a thickness of 20 mm could be welded without preheating in a single-pass with different welding velocities to observe the largest possible parameter window of the heat input. The achieved V-notch impact energy for hybrid laser-arc welded samples was 144±37 J at a testing temperature of -40 °C. With a tensile strength of 930±4 MPa the requirements of API 5L was achieved. To prevent gravity drop-outs at the slow welding speeds, an electromagnetic weld pool support system was used, which works contactless and is based on generating Lorentz forces. It was therefore possible to control the cooling rate in order to meet the requirements of the mechanical properties. By adapting the electromagnetic weld pool support to the laser and laser hybrid welding process, the application potential of these technologies for industrial implementation can be drastically increased.
Main topics of the research project BEGLARES are the restoration of "dalle de verre" concrete Windows and the development of repair techniques and mortars. This project is executed in Cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damages, the development of repair mortar and special test specimens are presented.
The present article gives an insight into the research project BEGLARES. Main topics are the restoration “Dalles de Verre” Windows and the development of repair mortars and techniques. This project is executed in cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York, and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damage, Standards for protection and repair of concrete structures, and the development of repair mortar and special test specimens are presented.
Entwicklung eines PCC-Leichtmörtels zur Instandsetzung einer denkmalgeschützten Sichtbetonfassade
(2015)
Der Schutz und Erhalt der Originalsubstanz stehen im Mittelpunkt jeglicher denkmalpflegerischer Instandhaltungsmaßnahmen. Das äußere Erscheinungsbild spielt hierbei - im Gegensatz zur klassischen Betoninstandsetzung - eine größere Rolle. Nichtsdestotrotz dürfen die technischen Belange auch hier nicht außer Acht gelassen werden. Die Ermittlung des Ist- und Sollzustands stellt die Grundlage einer dauerhaften Instandsetzung dar. Der vorliegende Beitrag zeigt Schäden und Schadensursachen an einem denkmalgeschützten Gebäude in Leichtbetonbauweise auf. Das Bauwerk wurde hinsichtlich seines Schädigungsgrads, -umfangs und der maßgeblichen Schadensursachen untersucht. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden gehäuft Risse, Abplatzungen und Bewehrungskorrosion festgestellt. Die durch eine Brettschalung strukturierte Sichtbetonfassade soll im Zuge der Instandsetzungsmaßnahme möglichst originalgetreu wiederhergestellt werden.
Bei der Auswahl von geeigneten Instandsetzungsmethoden und -produkten konnte aufgrund fehlender Normen und Richtlinien für die Instandsetzung von denkmalgeschützten Leichtbetonbauten nicht auf bereits existierende Produkte und Methoden zurückgegriffen werden. Daher wurde in Anlehnung an die Richtlinie "Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen" (RL SIB) des DAfStB eine polymermodifizierte Betonergänzungsmasse mit leichter Gesteinskörnung entwickelt. Ausgehend von der Hauptschadensursache, der karbonatisierungsinduzierten Bewehrungskorrosion, wurden erforderliche Eigenschaften der Betonergänzungsmasse in enger Absprache mit der zuständigen Denkmalschutzbehörde und dem involvierten Fachplaner abgestimmt. Neben den grundlegenden mechanischen Eigenschaften spielen in diesem Anwendungsfall spezielle Eigenschaften wie z.B. farbliehe Anpassung der Betonergänzungsmasse, Möglichkeit der Oberflächenstrukturierung, Zeitfenster der Verarbeitbarkeit sowie die Modellierbarkeit eine wichtige Rolle. Der entwickelte PCC-Leichtmörtel berücksichtigt dabei auch den Einfluss einer geringen Schwind- und Quellneigung der Betonergänzungsmasse um Delaminierung infolge unterschiedlicher Längenänderungen zu vermeiden und somit eine dauerhafte Instandsetzung zu gewährleisten. Weiterhin wurde das Verbundverhalten des entwickelten PCCL Leichtmörtels für unterschiedliche Schichtaufbauten untersucht.
Reinforced concrete buildings are frequently damaged by cracks, spalling and corroded
reinforcement bars. The present article focuses on the damage analysis of one of the first
buildings in Berlin that was constructed using reinforced lightweight concrete, which makes it
historically important. The compressive strength, carbonation depth, location and diameter of
reinforcement bars as well as moisture and salt profiles were determined. The carbonationinduced corrosion of the reinforcement bars represented the main damage of the building.
Certified repair mortars with lightweight aggregates (LWA) do not exist on the German
market. Therefore, an appropriate repair mortar was developed in accordance with DIN EN
1504 and the German guideline for the repair and protection of concrete structures (RL-SIB).
On the one hand, historic preservation requirements, such as: colour of the mortar,
possibilities of surface patterning, maximum preservation of the original substance and
reversibility of any Intervention must be met. On the other hand, technical requirements of the
relevant Standards must be achieved. The developed mix was designed to resist the identified
causes of deterioration. Thermal strains within the repair mortar and between the repair
mortar and the Substrate influence the crack formation and thus the durability. Therefore,
special attention was paid to the bonding and shrinking behaviour of the concrete repair
System. By using polymers, both hardened mortar properties and durability were influenced
positively.
Tribofilms formed during dry sliding usually exhibit a nanocrystalline structure and complicated composition. In the present study, tribofilms consisting mainly of a solid lubricant, namely graphite nanoparticles, are considered. Systems providing such tribofilms are candidates for anti-friction applications. Since sliding action always leads to mixing of the materials at both sides of the tribological interface, it was of major interest to study the impact of different amounts of a hard constituent, SiC in the considered case, within the soft matrix systematically. Furthermore, the impact of normal pressure was considered. A mechanically mixed layer was observed for the whole range of normal pressures and SiC volume fractions. The calculated coefficient of friction decreased significantly with increasing thickness of this layer but was only marginally affected by SiC volume fraction, which is good news for anti-friction applications.