Beschreibung
P 838 – Prozesssicheres und leistungsstarkes Fügen von hochfesten Feinkornbaustählen durch ein Hybridschweißverfahren mit integrierter Vorwärmung
Im Bereich des Windenergieanlagen-, Schiff-, Pipeline und Mobilkranbaus wird eine Reduzierung des Bauteilgewichts bei gleichbleibender Tragfestigkeit und Zähigkeit angestrebt. Dadurch ist es möglich statisch erforderliche Blechdicken und damit das Eigengewicht der Konstruktion zu reduzieren und Kosten für Material einzusparen. Hierfür wurden höherfeste Feinkornbaustähle entwickelt, die Vorteile bezüglich der Tragfestigkeit und der Zähigkeit bieten und gleichzeitig eine gute Schweißeignung aufweisen. Parallel zur Stahlentwicklung ist eine Modifizierung oder Entwicklung geeigneter Fügeverfahren erforderlich. Konventionell werden Feinkornbaustähle im Dickblechbereich durch mehrlagige Lichtbogenschweißverfahren mit relativ geringer Geschwindigkeit gefügt. Dabei sind sowohl der Verbrauch von Zusatzmaterialien als auch die benötigten
Fertigungszeiten hoch. Hier stellt das MSG-Laser- Hybridschweißen eine potentielle Alternative dar. Dabei werden die Vorteile des MSG-Schweißens und des Laserstrahlschweißens kombiniert bzw. die Nachteile kompensiert. Dazu zählen zum Beispiel die hohe Schweißgeschwindigkeit, die hohe Einschweißtiefe, die gute Spaltüberbrückbarkeit sowie die relativ kleine Wärmeeinflusszone (WEZ). Allerdings bedingen die hohe Schweißgeschwindigkeit und der im Vergleich zu reinen Lichtbogenschweißverfahren konzentrierte Wärmeeintrag eine hohe Abkühlgeschwindigkeit, die eine Aufhärtung der WEZ und des Schweißgutes zur Folge hat.
Im Rahmen dieser Untersuchungen wird ein kombiniertes Schweißverfahren, bestehend aus induktiver Vorwärmung und einem einlagigen MSG-Laser- Hybridschweißprozess, entwickelt. Hierbei werden höherfeste Feinkornbaustähle der Festigkeitsklasse von 460 bis 690 MPa und Blechdicken von 10 bis 20 mm in einer Operation verschweißt. Mit Hilfe der induktiven Vorwärmung werden die Abkühlzeit und damit die Gefügeausbildung sowie die mechanischtechnologischen Eigenschaften der Schweißverbindung beeinflusst. Weiterhin kann die induktive Vorwärmung Einfluss auf die Bildung von Heiß- und Kaltrissen im Schweißgut beziehungsweise in der Wärmeeinflusszone nehmen. Im Zuge der Untersuchung wurden die Schweißnähte durch den Einsatz von Röntgen- und Sichtprüfungen bewertet und in Anlehnung an [DIN EN ISO 13919] sowie [DIN EN ISO 12932] klassifiziert. Die Schweißverbindungen bestätigen die Anforderungen der Bewertungsgruppe B der oben genannten Normen. Zur weiteren Bewertung der Schweißverbindungen wurden Querschliffe entnommen, an denen umfangreiche Härteprüfungen durchgeführt wurden. Weiterhin wurden Zug- und Kerbschlagbiegeversuche sowie zyklische Prüfungen durchgeführt. Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen wurden Simulationen zum Vorwärmungsprozess sowie zum Schweißprozess durchgeführt. Hierbei konnte eine gute Korrelation zu den experimentellen Messwerten ermittelt werden.
Das IGF-Vorhaben 16600 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde vom Laser Zentrum Hannover e.V., Institut für Elektroprozesstechnik, Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Stahlbau, Leibniz Universität Hannover, durchgeführt.
Autoren:
D. Kracht, S. Kairele, A. Springer, O. Seffer, R. Lahdo, B. Nacke, H. Schülbe, J. Neumeyer, P. Schaumann, M. Collmann
Veröffentlichung:
2015
