Beschreibung
P 710 – Entwicklung einer Technologie zur kontrollierten Wärmeführung beim Metall-Aktivgasschweißen von Strukturbauteilen
Die effektive Nutzung der neu entwickelten höherfesten Stähle HCT690T+Z100 (1.0947), HCT780X+Z100 (1.0943), HDT1200M (1.0965) und 22MnB5+AS (1.5528) erfordert geeignete Verbindungstechnologien. Mit dieser Arbeit wurde das Ziel verfolgt, die Eigenschaften der Grundwerkstoffe auf die Verbindungseigenschaften zu übertragen. Hierfür wurden Schmelzschweißprozesse mit gesteuerter Energieführung in der Kombination mit speziell entwickelten Schweißzusatzwerkstoffen untersucht. Die Zusammensetzungen der Zusatzwerkstoffe sind derart eingestellt, dass sie unter Beachtung der Schweißtechnologie weitestgehend der Zusammensetzung der Grundwerkstoffe entsprechen. Es wurden außerdem vergleichende Betrachtungen zwischen den vier neu entwickelten Fülldrähten und drei kommerziell erhältlichen Massivdrähten realisiert.
Bei den durchgeführten Untersuchungen wurden nahtlose Fülldrähte verwendet. Sie wurden als Metallpulvertypen für eine Anwendung unter Mischgas konzipiert. Für vollmechanische und automatisierte Prozesse sind sie hervorragend geeignet. Die Verarbeitung der Drähte erfolgte mittels moderner Anlagen der Schweißtechnik. Es kamen sowohl Gleich- als auch Wechselstrommaschinen zum Einsatz. Bis auf einen Massivdraht ist es gelungen, alle Zusatzwerkstoffe reproduzierbar auch unter Wechselstrombedingungen zu verschweißen. Die Wechselstromtechnik bietet über die Balance von positiver und negativer Polarität hervorragende Möglichkeiten, den Energieeintrag in den Grundwerkstoff in weiten Bereichen zu steuern. Damit ist eine Grundlage der definierten Energieführung gewährleistet. Zusätzlich wurden die Möglichkeiten einer prozessintegrierten Energieführung beurteilt. Für Verbindungen am HCT690T+Z100 bietet sich die neu entwickelte Kurzzeitwärmenachbehandlung besonders an. Es wurde die Anwendbarkeit von zwei unterschiedlichen Systemen vorgestellt und deren Bedeutung auf die Verbindungseigenschaften präsentiert. Eine wesentliche Reduzierung der Härte des Schweißgutes und der Wärmeeinflusszone konnte nachgewiesen werden.
Dieses Ergebnis wurde durch die realisierten Schlagzugprüfungen bestätigt. Die Zerstörung der Probe erfolgte erst bei einer wesentlich höheren Energie als dies bei unbehandelten Proben registriert wurde. Die in Folge des Verbindungsprozesses zugeführte Energie wurde mittels hoch genauer Strom-Spannungs-Zeit-Messungen registriert. Hinzu kamen systematische Messungen der Abkühlzeiten. Erst die Kombination von Zusatzwerkstoff und Verarbeitungstechnologie gestattete die Herstellung von Verbindungen, die den Grundwerkstoffeigenschaften weitestgehend entsprechen. Als Beurteilungskriterien dienten die Reaktionen auf quasistatische, zyklische und schlagartige Belastung der hergestellten Proben. Zusätzlich wurden korrosive und metallografische Prüfungen herangezogen. Alle Untersuchungsergebnisse wurden in einer Datenbank zusammengefasst. Der Nutzer wird menügesteuert von der Aufgabenstellung bis zur Schweißanweisung geführt.
Zusätzlich werden Informationen zu den Verbindungseigenschaften, der Bruchlage, den Fügeparametern sowie die Ergebnisse der metallografischen Untersuchungen bereitgestellt. Die Arbeit enthält ein Schweiß-Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubild für den HCT780X+Z100 (1.0943) – auf dessen Grundlage die theoretischen Betrachtungen zur Beurteilung der Wärmeeinflusszone beruhen. Es kann mit guter Übereinstimmung die Anwendbarkeit handelsüblicher Softwarepakete auch für Wechselstromprozesse festgehalten werden.
FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.
Veröffentlichung:
2009
Autoren:
Dipl.-Ing. J. Vester, Dr.- Ing. H. Heinemann, Dipl.-lng.(FH) T. Ebersbach, Dipl.-Ing. A. Panthel,
