Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (282)
- Beitrag zu einem Tagungsband (47)
- Posterpräsentation (20)
- Zeitschriftenartikel (17)
- Forschungsbericht (5)
- Dissertation (4)
- Sonstiges (3)
- Monografie (2)
- Buchkapitel (2)
Sprache
- Englisch (203)
- Deutsch (176)
- Spanisch (2)
- Mehrsprachig (1)
Referierte Publikation
- nein (382) (entfernen)
Schlagworte
- Eigenspannungen (52)
- Additive Fertigung (50)
- Welding (39)
- Wasserstoff (35)
- Additive Manufacturing (34)
- Hochfester Stahl (34)
- MAG-Schweißen (34)
- Ultraschallunterstütztes Fräsen (31)
- Additive manufacturing (29)
- Schweißen (29)
- Residual stress (27)
- Legierungsmodifikation (19)
- Hydrogen (18)
- LIBS (18)
- TIG welding (18)
- Wärmeführung (18)
- In situ measurement (17)
- Residual Stress (17)
- Kaltrisssicherheit (15)
- Residual stresses (15)
- Oberflächenintegrität (14)
- Ultrasonic-assisted milling (13)
- AGIL (12)
- Duplex stainless steel (12)
- Hochfester Feinkornbaustahl (12)
- Alloy 36 (11)
- Reparatur (11)
- Surface integrity (11)
- Diffraction (10)
- Windenergie (10)
- 316L (9)
- Alloy modification (9)
- Cyclic R-curve (9)
- High-strength steels (9)
- Hochfeste Feinkornbaustähle (9)
- Neutron diffraction (9)
- Fatigue (8)
- High-strength steel (8)
- Implant-Test (8)
- Kaltriss (8)
- L-PBF (8)
- Werkzeugverschleiß (8)
- Kaltrisse (7)
- Microstructure (7)
- Schwingfestigkeit (7)
- Stress relief cracking (7)
- X-ray diffraction (7)
- AM (6)
- AlSi10Mg (6)
- Forschung (6)
- Fracture mechanics (6)
- Fügetechnik (6)
- ISO 3690 (6)
- LTT (6)
- Pipeline (6)
- Residual Stresses (6)
- Restraint (6)
- UP-Schweißen (6)
- Austenitic stainless steels (5)
- Bruchmechanik (5)
- Carrier gas hot extraction (5)
- Chemical composition (5)
- Creep-resistant steel (5)
- Erstarrungsriss (5)
- Fracture Mechanics (5)
- Gefügedegradation (5)
- Heat control (5)
- Heat treatment (5)
- Heißriss (5)
- Hochfest (5)
- Hydrogen assisted cracking (5)
- LIBS TIG welding (5)
- Laser Powder Bed Fusion (5)
- Laser powder bed fusion (5)
- Mechanical properties (5)
- Post weld heat treatment (5)
- Prüfverfahren (5)
- Reparaturschweißen (5)
- Spannungsrelaxationsriss (5)
- Steel (5)
- Studie (5)
- Submerged arc welding (5)
- Turbine disk (5)
- WRC 1992 diagram (5)
- Wärmenachbehandlung (5)
- Bauteilprüfung (4)
- Component assessment (4)
- Evaporation (4)
- Fatigue crack propagation threshold (4)
- Heißrisse (4)
- High-strength structural steels (4)
- Hochentropielegierung (4)
- Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung (4)
- Kaltrissprüfung (4)
- Neutron imaging (4)
- Pipelines (4)
- Research (4)
- Restlebensdauer (4)
- Schadenstolerante Bauteilauslegung (4)
- Stainless Steel (4)
- Synchrotron (4)
- Varestraint-Test (4)
- WAAM (4)
- X-ray and Neutron Diffraction (4)
- Zerspankräfte (4)
- Zyklische R-Kurve (4)
- Cold cracking safety (3)
- Crack propagation (3)
- Cyclic R-Curve (3)
- DVS (3)
- Diffusion (3)
- Digital image correlation (3)
- Duplex Stainless Steel (3)
- Eigenspannung (3)
- Experimental procedure (3)
- FEM (3)
- Fatigue crack growth (3)
- Fatigue crack propagation (3)
- Fatigue life (3)
- Fatigue strength (3)
- Feinkornbaustahl (3)
- Fortschrittsbericht (3)
- High strength steel (3)
- High-entropy alloy (3)
- High-strength Steels (3)
- Hydrogen-assisted cracking (3)
- Kitagawa-Takahashi diagram (3)
- Large-scale test (3)
- MVT (3)
- Mediumentropielegierung (3)
- Neutron Diffraction (3)
- Overspeed (3)
- Plasma-Pulver-Auftragschweißen (3)
- Repair (3)
- Repair-welding (3)
- Rissarrest (3)
- Solidification cracking (3)
- Spannungsrelaxationsrisse (3)
- Structural integrity (3)
- TEKKEN-Test (3)
- Thermisches Ausfugen (3)
- Tool wear (3)
- WIG-Schweißen (3)
- Wasserstofftechnologien (3)
- Wind energy (3)
- 13CrMoV9-10 (2)
- AISI 316L (2)
- Analytisches Modell (2)
- Auftragschweißen (2)
- Bauteilauslegung (2)
- Bauteilbewertung (2)
- Burst (2)
- Calibration free (2)
- Cold cracking (2)
- Component test (2)
- Computed tomography (2)
- Constraint (2)
- Crack closure (2)
- Crack closure effect (2)
- Crack-closure (2)
- Debye-Waller-Faktor (2)
- Dilatometry (2)
- Dissimilar metal weld (2)
- Dissimilar metal weld (DMW) joint (2)
- Effective crack propagation data (2)
- Einspanngrad (2)
- Endurance limit (2)
- Environmental conditions (2)
- Ermüdung (2)
- Ermüdungsrisswachstum (2)
- Fail-safe (2)
- Failure Assessment Diagram (2)
- Fatigue Crack Propagation (2)
- Fatigue properties (2)
- GMA Welding (2)
- High Cycle Fatigue (2)
- High Entropy Alloy (2)
- Hot cracking (2)
- Hydrogen diffusion (2)
- Härteprüfung nach Vickers (2)
- Höherfeste Feinkornbaustähle (2)
- Höherfester Feinkornbaustahl (2)
- Höherfester Stahl (2)
- L-PBF 316L (2)
- Martensite (2)
- Measurement (2)
- Metallschutzgasschweißen (2)
- Metallurgie (2)
- Microstructure characterization (2)
- Multi-principal element alloys (2)
- Nachwärmung (2)
- Neutron (2)
- Neutron radiography (2)
- Ni alloy (2)
- Numerische Simulation (2)
- Offshore (2)
- PWHT (2)
- Phase transformation (2)
- Plasma-Transferred-Arc (2)
- Plasma-transferred arc welding (2)
- Process parameters (2)
- Reheat cracking (2)
- Repair Welding (2)
- Ressidual stress (2)
- Review (2)
- Rissschließeffekte (2)
- Schweißverbindungen (2)
- Schweißzusatzmodifikation (2)
- Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung (2)
- Schwer spanbar (2)
- Selective Laser Melting (2)
- Short crack (2)
- Stahl (2)
- Steel 316L (2)
- Structural Integrity (2)
- Struktur Integrität (2)
- TEKKEN (2)
- Tensile properties (2)
- Texture (2)
- Thermography (2)
- Turbinenscheibe (2)
- Ultrasonic assisted milling (2)
- Varestraint (2)
- Vickers hardness (2)
- Wasserstoffdegradation (2)
- Weldments (2)
- Wire Arc Additive Manufacturing (2)
- Zerspanung (2)
- AISI D2 (1)
- ASTM E647 (1)
- AXRD (1)
- Acero 316L (1)
- Acero alta resistencia (1)
- Additiv (1)
- Additiver Fertigung (1)
- Ageing (1)
- AlSi10Mg alloy (1)
- Aluminium Alloy (1)
- Anlagenbau (1)
- Application properties (1)
- Aufheizrate (1)
- Austenit (1)
- Austenite-to-martensite transformation (1)
- Austenitic Stainless Steel (1)
- Austenitic stainless steel (1)
- Austenitischer Rostfreier Stahl (1)
- BMDK (1)
- Backlight (1)
- Bainitischer Schmiedestahl (1)
- Bauteilversuch (1)
- Beanspruchungsanalyse (1)
- Bedarf (1)
- Bedeutung (1)
- Betriebsfestigkeit (1)
- Beugung (1)
- Biaxial test (1)
- Bragg-edge (1)
- Bragg-edge imaging (1)
- Bruch (1)
- Bruchmechanische Kennwerte (1)
- Bruchmechanische Konzepte (1)
- Carrier gas hot extraction (CGHE) (1)
- Chemische Zusammensetzungen (1)
- Co-Cr-Legierung (1)
- Co-Cr-alloy (1)
- Cold Spray (1)
- Cold cracking and welding (1)
- Component Assessment (1)
- Constraint faktor (1)
- Co–Cr-alloy (1)
- CrMoV-Stahl (1)
- Crack Tip Opening Displacement (CTOD) (1)
- Crack propagation resistance (1)
- Crack-tip constraint (1)
- Cracking (1)
- Creep resistant steel (1)
- Crystal Plasticity Modelling (1)
- Curvas FCGR (1)
- Cutting tool (1)
- Cyclic J-integral (1)
- Cyclic R-curve analysis (1)
- DED-arc (1)
- Damage Tolerance (1)
- Damage tolerance (1)
- Damage tolerance assessment (1)
- Damage tolerant component design (1)
- Data evaluation methods (1)
- Debye–Waller factor (1)
- Debys-Waller-Factor (1)
- Defects (1)
- Defekte Eigenspannung (1)
- Dehydrogenation heat treatment (1)
- Determinación Kth intrínseco (1)
- Dickblech (1)
- Digital Image Correlation (DIC) (1)
- Digitalisierung (1)
- Druckanschwingen (1)
- Duplex stainless steels (1)
- EA4T railway axle steel (1)
- EN AW-2618A (1)
- Eigensapnnungen (1)
- Eigenspannungsmessung (1)
- Einflussfaktoren (1)
- Einflussfaktoren auf Rissfortschrittsdaten (1)
- Einschlüsse (1)
- Eisenaluminid (1)
- Electrochemical permeation (1)
- Entwicklung (1)
- Ermüdungslebensdauer (1)
- Ermüdungsriss (1)
- Ermüdungsrissfortschritt (1)
- Ersatzgeometrie (1)
- Erstarrungsrisse (1)
- Experimental design (1)
- Experimental determination (1)
- FSW (1)
- Fabricación Aditiva (1)
- Fatigue Crack Growth (1)
- Fatigue Limit (1)
- Fatigue S-N curve (1)
- Fatigue Strength (1)
- Fatigue assessment (1)
- Fatigue crack propagation stagesdefects (1)
- Fatigue lifetime prediction (1)
- Fatigue limit (1)
- Fatigue threshold (1)
- Feinkornbaustähle (1)
- Ferngasleitung (1)
- Ferrit (1)
- Ferrite (1)
- Filler metal modification (1)
- Finite Element Analysis (1)
- Fit4AM (1)
- Forschungsprojekt (1)
- Fractography (1)
- GMAW (1)
- Gas analytic (1)
- Gas metal arc welding (1)
- Gas tungsten arc welding (GTAW) (1)
- Generative Fertigung (1)
- HAZ (1)
- HCF (1)
- HSLA (1)
- HSLA steel (1)
- Heat Treatment (1)
- Heating rate (1)
- High strength fine grained structural steels (1)
- High-pressure (1)
- High-strength (1)
- High-strength filler metals (1)
- Hochdruck (1)
- Hochfeste Stähle (1)
- Hot Cracking (1)
- Hot Cracks (1)
- Hot crack (1)
- Hydrogen concentration (1)
- Hydrogen degradation (1)
- Hydrogen embrittlement (1)
- Hydrogen measurement (1)
- Hydrogen trapping (1)
- I-Träger (1)
- IBESS-Prozedur (1)
- IN718 (1)
- ISO 12108 (1)
- Imperfektion (1)
- Implant test (1)
- Implant-test (1)
- In situ (1)
- In situ LIBS (1)
- In situ measurement, (1)
- In-service (1)
- In-situ diffraction (1)
- In-situ thermography (1)
- In718 (1)
- Infractstructure (1)
- Intrinsic fatigue crack propagation threshold (1)
- Iron aluminides (1)
- J-Integral (1)
- Joining (1)
- Joining process (1)
- Kaltriss und Schweißen (1)
- Kaltrissbildung (1)
- Kritische Last (1)
- Kurzrissbruchmechanik (1)
- Kurzrisswachstum (1)
- Kurzzeitfestigkeit (1)
- LCF (1)
- LPBF (1)
- LTT Weld Filler Materials (1)
- LTT filler material (1)
- LTT weld filler materials (1)
- LTT-Legierung (1)
- LTT-Zusatzwerkstoff (1)
- Large scale test (1)
- Laser implantation (1)
- Ligamentplastifizierung (1)
- Low Cycle Fatigue (1)
- Low Transformation Temperature (1)
- Low transformation temperature (LTT) steel (1)
- MAG (1)
- MAG welding (1)
- MAG-Welding (1)
- MANUFACT (1)
- MSG-Schweißen (1)
- Machining (1)
- Manufact (1)
- Material defects (1)
- Materialprüfung (1)
- Materialschaedigung (1)
- Materialschädigung (1)
- Mechanical behavior (1)
- Mechanische Eigenschaften (1)
- Mecánica de Fractura (1)
- Messung (1)
- Metal vapor (1)
- Metallic components (1)
- Metals (1)
- Micro-shrinkages (1)
- Micromechnical properties (1)
- Microstructure characterisation (1)
- Mikrostruktur (1)
- Mikrostrukturentwicklung (1)
- Minimum waiting time (1)
- Mischverbindung (1)
- Mismatch (1)
- Mock-up (1)
- Modification of structural morphology (1)
- Modified Varestraint-/Transvarestraint test (1)
- Modifizierter Sprühlichtbogen (1)
- Multielement-Legierung (1)
- NDT (1)
- Nahtgeometrie (1)
- Neutron Imaging (1)
- Neutron tomography (1)
- Neutronbeugungsverfahren (1)
- Neutronenbeugung (1)
- Neutronendiffraktion (1)
- Neutronenradiographie (1)
- Neutronentomographie (1)
- Nickel-iron-alloy (1)
- Niobium carbide (1)
- Node-release (1)
- Non-destructive testing (1)
- Normung (1)
- Oberflächenschädigung (1)
- Offshore wind turbine (1)
- PBF-LB/M (1)
- PBF/LB (1)
- Permeation (1)
- Perspektiven (1)
- Phase field modeling (1)
- Phasenumwandlung (1)
- Plasma transferred arc welding (1)
- Pore formation (1)
- Poren (1)
- Post processing heat treatment (1)
- Powder Bed Fusion of Metals with Laser Beams (1)
- Preciptiates (1)
- Predicción vida a fatiga (1)
- Probabilistic Assessment (1)
- Probengeometrie (1)
- Probetas miniatura (1)
- Process Monitoring (1)
- Process Simulation (1)
- Projektbegleitender Ausschuss (1)
- Prozesse (1)
- Prüfung (1)
- Pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen (1)
- Radiography (1)
- Rauheit (1)
- Recomendaciones procedimiento de ensayo (1)
- Refraction (1)
- Repair welding (1)
- Representative Specimens (1)
- Representative material properties (1)
- Repräsentative Werkstoffeigenschaften (1)
- Research and Development (1)
- Residual lifetime (1)
- Residual stress analysis (1)
- Restlebensdauerprognose (1)
- Riss (1)
- Rissausbreitung (1)
- Rissausbreitungsstadien (1)
- Rissbildung (1)
- Rissfortschrittsdaten (1)
- Rissschließfunktion (1)
- Rissschließphenomen (1)
- Rissspitzenbelastung (1)
- Risswachstum (1)
- Risswiderstand (1)
- Röntgenradiographie (1)
- S-N diagram (1)
- SLM (1)
- Scattering (1)
- Schadenstolerante Bauteilauslegung, (1)
- Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung (1)
- Schallemissionsanalyse (1)
- Schallemmission (1)
- Schlichtfräsen (1)
- Schutzgasschweißen (1)
- Schweißeigenspannungen (1)
- Schweißeignung (1)
- Schweißprozessparameter (1)
- Schweißverbindung (1)
- Selective laser melting (1)
- Short Crack Propagation (1)
- Short crack Propagation (1)
- Sicherheit (1)
- Slow Strain Rate Testing (1)
- Small scale testing (1)
- Small-scale specimens (1)
- Snergiedispersive Röntgendiffraktion (1)
- Solidification (1)
- Solidification Cracking (1)
- Spannung (1)
- Standardization (1)
- Stretch-Zone (1)
- Supermartensit (1)
- Supermartensitic steel (1)
- Supermatensitischer Stahl (1)
- Surface texturing (1)
- Synchrotronbeugung (1)
- TEKKEN test (1)
- TEM (1)
- Temperature (1)
- Tensile testing (1)
- Thoughness (1)
- Threshold regime (1)
- TiB2 (1)
- Tomography (1)
- Traglastverhalten (1)
- Transient stresses (1)
- Trägergasheißextraktion (1)
- UP Schweißen (1)
- Ultraschallunterstützter Fräsprozess (1)
- Varestraint Test (1)
- Varestraint test (1)
- Varestraint testing (1)
- Verschleißschutz (1)
- Versetzungsstrukturen (1)
- WIG (1)
- WIG Schweißen (1)
- WRC 92 (1)
- Waiting time (1)
- Warmfeste Stähle (1)
- Warmfester Stahl (1)
- Wasserstoffbindungsverhalten (1)
- Wasserstoffdiffusion (1)
- Wasserstoffgradient (1)
- Wasserstoffkonzentration (1)
- Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung (1)
- Welded Joints (1)
- Werkstoff (1)
- Werkstoffe (1)
- Werstoff- und geometrische Imperfektion (1)
- Wärmbehandlung (1)
- Wärmebehandlung (1)
- X-ray Diffraction (1)
- Zugversuch (1)
- carrier gas hot extraction (1)
- cold cracking safety (1)
- digitalisation (1)
- duplex stainless steel (1)
- fatigue crack growth (1)
- high-strength steel (1)
- hochfester Stahl (1)
- miniature specimens; FCGR curves; intrinsic threshold (1)
- µCT-analysis (1)
- μCT (1)
- μCT-analysis (1)
Organisationseinheit der BAM
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (382) (entfernen)
Paper des Monats
- ja (1)
Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind.
Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind.
The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of design and welding-induced residual stress can lead to crack formation and ultimately to component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties high-strength steels during the repair process.
In this context, component-related investigations (FOSTA-P1311/IGF-Nr. 20162 N) focusing on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding of S500MLO and S960QL are carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction methods (XRD). Therefore, self-restrained specimens were systematically gouged and rewelded with defined welding heat control (heat input, working temperature) and parameters. By means of structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens were identified, that represent defined rigidity conditions of repair welds of real components. It could be shown that with increasing restraint intensity significantly higher residual stresses occur in the weld metal and heat affected zone. Furthermore, it revealed that the transverse stresses along the weld seam decrease at the weld seam ends leading to different stress state during gouging and welding. XRD analysis of the local residual stresses after cooling to RT longitudinal and transverse to the weld direction showed a good comparability with global DIC analyses.
Für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung von Windkraftanlagen ist der Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle vielfach notwendig. Bei der Montage hochfester Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Derzeitige Normen und Verarbeitungsrichtlinien geben hierbei kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten, insbesondere für hochfeste Stähle. Vor diesem Hintergrund werden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der schweißtechnischen Reparatur durch lokales thermisches Ausfugen und erneutes Schweißen durchgeführt.
Hierzu werden einige wesentliche Ergebnisse an Beispielen des Ingenieurbaus, mit Blick auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen erörtert. In einem aktuellen Vorhaben (FOSTA P1311, IGF 20162N) sind darauf aufbauend die Einflüsse durch die Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Reparaturschweißen hochfester Feinkornbaustähle (S500MLO, S960QL) sowie die Reparaturzyklenanzahl Fokus systematischer Untersuchungen. Mittels strukturmechanischer Berechnungen ließen sich hierzu selbstbeanspruchende Probenformen identifizieren, die unterschiedliche definierte Steifigkeitsverhältnisse von Reparaturschweißnähten realer Bauteile abbilden. Schweißnähte an diesen bauteilähnlichen Proben weisen signifikant erhöhte schweißbedingte Beanspruchungen mit zunehmenden (Biege-)Einspanngraden auf. Im Vergleich mit bisherigen Erkenntnissen wird gezeigt, dass eine sichere Reparatur solcher Schweißnähte nur mittels optimaler Reparaturkonzepte und Wärmeführung gelingt, um diesen hohen Beanspruchungen und auch den speziellen Gefügen hochfester Stähle Rechnung zu tragen.
Ziel der Untersuchungen ist es letztlich, Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte gerade für KMU abzuleiten, um Schäden und zumeist teure Nacharbeiten zu vermeiden.
Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte.
Deshalb sind für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl geplant, mit dem Ziel Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abzuleiten. Hierfür sind gerade Analysen an hochfesten Stahlgüten S500 für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau interessant, die zur Errichtung und Fertigung hocheffizienter Konstruktionen wie Windenergieanlagen notwendig sind. Die Erkenntnisse bieten eine Grundlage für entsprechende Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren.
Eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung und Errichtung von Windenergieanlagen, sowohl auf See als auch an Land, erfordert zunehmend den Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle. Werden nach dem Schweißen dieser hochfesten Konstruktionen unzulässige Defekte detektiert, sind nach geltenden Verarbeitungsrichtlinien die defekten Bereiche durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen zu reparieren. Fehlende Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten in den Regelwerken bedingen oftmals eine unzureichende Berücksichtigung dabei auftretender zusätzlicher Beanspruchungen durch die erhöhte Schrumpfbehinderung der Ausfugenuten. Zusätzlich haben die ausführenden Betriebe vielfach kaum Kenntnis über die Degradation angrenzender Gefüge durch thermische Ausfugeprozesse und erneutes Schweißen, die in diesem Zusammenhang besonders bei den hochfesten Stählen als kritisch anzusehen sind. Das aktuelle Forschungsvorhaben der BAM (FOSTA P1311/IGF-Nr.20162N) fokussiert hierfür systematisch bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der Reparatur von hochfesten Schweißverbindungen. Wesentlich sind hierbei der Einfluss der Schrumpfbehinderung, der Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie der Reparaturzyklenanzahl und die metallurgischen Aspekte bei den hochfesten Güten S500MLO für zukünftige Offshore-Anwendungen und S960QL für aktuelle Mobilkrananwendungen. Aufbauend auf einigen Studien zur schweißbedingten Beanspruchung hochfester Stähle zeigt der vorliegende Beitrag die Identifikation geeigneter Probengeometrien und Schweißdetails mittels numerischer und experimenteller Analysen. Dadurch wird die Übertragbarkeit der vorgestellten Schweißexperimente und Ergebnisse hinsichtlich der resultierenden Schweißeigenspannungen auf reale Reparaturfälle im Bereich des hochfesten Stahlbaus sichergestellt. Es zeigt sich in Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen eine signifikante Erhöhung der Beanspruchungen an den variierten schlitzförmigen Prüfnähten. Das Eigenspannungsniveau sowohl im Schweißgut als auch in der WEZ korreliert mit dem Einspanngrad. Mit dem Ziel beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte zu erarbeiten, sind zum einen geringere Wärmeinbringungen, besonders durch niedrige Zwischenlagentemperaturen und Einspannbedingungen anzustreben, um hohe Beanspruchungen und kritische Gefügedegradationen im Reparaturbereich zu vermeiden. Dies wird durch systematische Untersuchungen zum Ausfugen und Schweißen sowie letztlich dem Transfer von Verarbeitungsempfehlungen für die Anwender und Richtlinien erreicht.
Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte.
Deshalb sind für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl geplant, mit dem Ziel Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abzuleiten. Hierfür sind gerade Analysen an hochfesten Stahlgüten S500 für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau interessant, die zur Errichtung und Fertigung hocheffizienter Konstruktionen wie Windenergieanlagen notwendig sind. Die Erkenntnisse bieten eine Grundlage für entsprechende Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren.
The sustainable and resource-efficient production of offshore wind turbines requires the use of modern high-strength fine-grained structural steels (Martin and Schroeter, 2005). This applies to wind turbines in terms of increasing turbine sizes as well as to maintenance and installation vessels and equipment (Ummenhofer et al., 2013). Without the demanded high load-bearing capacities and boom lengths, the economic realization of these goals would be inconceivable. During the assembly of high-strength steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area, although the welding process was executed in accordance with the specifications. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Corresponding standards hardly provide any information on adequate repair concepts, and there is no uniform scientific data on which to base such concepts. This applies particularly to the consideration and optimization of welding-induced stresses due to the high shrinkage hindrance of the gouging grooves and degradation of the adjacent microstructures by gouging and re-welding. The result, especially in the case of high-strength steel grades, are frequently recurring imperfections as well as a missing consideration of the additionally induced welding stresses in the design of the structure. In this context, at BAM component-relevant investigations focused on welding residual stress evolution and microstructural degradation during repair of weld joints due to local thermal gouging and re-welding are carried out within the scope of a FOSTA project (P1311, IGF 20162N).
In this study, several relevant findings are discussed based on examples of structural engineering focusing on mechanical-technological properties and residual stresses, for instance found by (Schasse, 2017). Also experimental and numerical work as conducted by (Wongpanya, 2008) and weld tests under defined shrinkage restraint in special weld test-setups for research projects, e. g. FOSTA-P922 (Kannengiesser and Schroepfer, 2015) and P1011 (Kannengiesser and Schroepfer, 2017) have shown that an optimization of the welding-induced stresses of high-strength structural steels is specifically achievable by means of adapted heat control concepts (Schroepfer, 2017). The present research involves systematic investigations of influences of shrinkage restraint, the number of repair cycles and heat control during repair welding of the relatively new developed offshore-relevant high-strength steel S500MLO (EN 10225-1). For the quantification of the shrinkage restraint of weld joints, the concept of restraint intensity established by (Satho et al., 1973) was applied analogous to recent research, e. g. (Schwenk et al., 2008). By means of structural mechanics calculations, geometries of self-strained specimens were identified, that represent different defined rigidity conditions of repair welds of real components, cf. Fig. 1. It could be shown that with increasing weld joint restraint intensity significantly higher residual stresses in the weld metal and heat affected zone up to 80 % of the nominal yield strength occur, cf. Fig. 2. In relation to existing results, it has been shown that a safe repair of such welds can only be achieved by means of appropriate repair concepts and heat control taking the high welding stresses and special microstructures of high-strength steels into account.
Finally, the aim of this research is to derive recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved providing a basis for standards and guidelines, especially for SMEs, in order to avoid damage and, in most cases, expensive reworking and to improve the full utilization of the potential of high-strength steels.
The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of global and local welding-induced stresses may lead to crack formation and component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process [1]. Corresponding standards hardly provide any information on adequate repair concepts, and there is no uniform scientific data on which to base such concepts.
In this study, several relevant findings are discussed based on examples of structural engineering focusing on mechanical-technological properties and residual stresses, e.g. [1]. Further experimental and numerical work as conducted by [2] and weld tests under defined restraint conditions in special weld test-setups [3] show that an optimization of the welding-induced stresses of high-strength structural steels is achievable by means of an adapted heat control. The present research involves systematic investigations of influences of shrinkage restraint, the number of repair cycles and heat control during repair welding of a recently available high-strength offshore steel S500MLO (EN 10225-1). A quantification of the shrinkage restraint of repair weld joints is achievable by means of restraint intensity concept [4], analogous to previous studies [5]. Using structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens are identified representing different defined rigidity conditions of repair welds considering actual high-strength steel components. Welding experiments with DIC analyses (digital image correlation) of the occurring strains during welding and XRD analyses (X-ray diffraction) of the resulting residual stresses after welding and cooling show increasing transient loads and significantly elevated residual stress profiles in the weld area with increasing restraint intensity. Especially in the heat affected zone, tensile residual stresses of up to 80 % of the nominal yield strength occur when welding under increased restraint conditions. In relation to the presented existing results, this indicates that a safe repair welding is primarily achievable by means of appropriate repair concepts and heat control taking into account the high welding stresses and special microstructures of high-strength steels. Finally, the aim of this research is to derive recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved providing a basis for standards and guidelines, especially for SMEs, in order to avoid damage and, in most cases, expensive reworking and to improve the full utilization of the potential of high-strength steels.
Determination of residual stress evolution during repair welding of high-strength steel components
(2021)
The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of design and welding-induced residual stress can lead to crack formation and ultimately to component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties high-strength steels during the repair process.
In this context, component-related investigations of S500MLO and S960QL (FOSTA-P1311/IGF-Nr. 20162 N) focusing on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding. In this study, repair welding of S500MLO is carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction methods (XRD) to analyse strains and stresses. Therefore, self-restrained specimens were systematically gouged and rewelded with defined welding heat control (heat input, working temperature) and parameters. By means of structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens were identified, that represent defined rigidity conditions of repair welds of real components. It could be shown that with increasing restraint intensity significantly higher residual stresses occur in the weld metal and heat affected zone. Furthermore, it revealed that the transverse stresses along the weld seam decrease at the weld seam ends leading to different stress state during gouging and welding. XRD analysis of the local residual stresses after cooling to RT longitudinal and transverse to the weld direction showed a good comparability with global DIC analyses.