Beschreibung
P 1105 – Bestimmung des Einflusses von verarbeitungs- und umgebungsbedingten Wasserstoffquellen hinsichtlich der Neigung hochfester Stähle zur wasserstoffinduzierten Kaltrissbildung
Eine Herausforderung bei der schweißtechnischen Verarbeitung von hochfesten Feinkornbaustählen ist die Gefahr einer durch Wasserstoff unterstützten, verzögerten Kaltrissbildung (hydrogen-induced cold cracking, HIC). Es besteht allgemein Konsens darüber, dass das Auftreten des HIC bei einer kritischen Kombination von Wasserstoffgehalt, Härtungsgefüge und Spannungszustand besonders wahrscheinlich ist. Der Einfluss einzelner Prozessparameter auf die Wasserstoffaufnahme während des Schweißens wurde in der Vergangenheit bereits untersucht. Hierbei wurden jedoch oftmals nicht die unterschiedlichen Prozessrandbedingungen berücksichtigt, wie sie bspw. im Rahmen einer Baustellenfertigung auftreten, wodurch die Gefahr des Auftretens von Kaltrissen in der Praxis kaum vorhersehbar ist.
Im Rahmen dieses Projektes werden daher verschiedene hochfeste Feinkornbaustähle (vornehmlich Baustahl S690QL und Rohrleitungsbaustahl L555MB bzw. X80) bezüglich ihrer Sensitivität gegenüber Wasserstoff (Versprödung, Rissbildung) im Zusammenhang mit der schweißtechnischen Verarbeitung im MSG- sowie im UP-Verfahren untersucht, wobei die Verarbeitungsbedingungen gezielt variiert und berücksichtigt werden. Die Verknüpfung aller im Projekt erzielten Ergebnisse soll als Grundlage zur Abschätzung der werkstoff- und verarbeitungsspezifischen Kaltrissneigung dienen. Die experimentellen Versuchsreihen werden durch numerische Simulationsansätze ergänzt.
Für beide Schweißverfahren konnten Abhängigkeiten der schweißtechnischen Verarbeitungs- und Umgebungsbedingungen, bspw. durch Variation der Schweißparameter oder gezielte Manipulation des potenziellen Wasserstoffangebotes, auf die resultierenden Wasserstoffgehalte im Schweißgut erarbeitet und quantifiziert werden. Unter Nutzung der Erkenntnisse werden Verbindungsschweißungen an Blechen der hochfesten Versuchswerkstoffe hergestellt. Hierbei werden unter kontrollierten Bedingungen aufgrund des durchgängig hohen Wärmeinhaltes beim Schweißen in Mehrlagentechnik und einer dadurch begünstigten Wasserstoffeffusion im Bereich der Schweißzone keine Kaltrisse detektiert.
Auf Basis von Zugversuchen mit geringer Dehnrate (slow strain rate tests, SSRT) können hingegen deutliche wasserstoffbedingte Einflüsse erkannt werden. Hierbei werden Proben aus den unbeeinflussten Grundwerkstoffen sowie aus Verbindungsschweißungen (MSG- und UP-Schweißen) an verschiedenen Positionen entnommen und geprüft.
Insbesondere eine zusätzliche galvanostatische Wasserstoffbeladung während der SSRT-Prüfung führt zu einem erheblichen Dehnungsverlust infolge von Wasserstoffversprödung, wobei sich hier spezifische Unterschiede in Abhängigkeit der Werkstoffe, der schweißtechnischen Verarbeitungsbedingungen und der Probenentnahmeposition ergeben. Anhand der Durchführung selbstbeanspruchender Kaltrisstests (Tekken) kann die Kaltrissneigung in Abhängigkeit der gewählten Vorwärmtemperatur sowie der Streckenenergie zusätzlich qualitativ abgeschätzt werden, um die schweißtechnischen Verarbeitungsfenster näher eingrenzen zu können.
Veröffentlichung:
2020
Autoren:
R. Sharma M.Sc., Dr.-Ing. Ch. Haase
