Beschreibung
P 991 – Entwicklung eines Verfahrens zur Untersuchung der Heißrissresistenz lasergeschweißter Verbindungen
Die Laserschweißbarkeit von CrNi, CrNiMo, CrNiMn und MnCr legierten nichtrostenden Edelstählen mit austenitischem Gefüge sowie ferritischen Stählen hinsichtlich ihrer Heißrissanfälligkeit beim Laserstahlschweißen wurde untersucht und quantifiziert.
Eine FEM-Berechnung wurde im Verlauf des Forschungsvorhabens angewendet, um die Stellen an der Probenoberfläche zu bestimmen, die eine höchste Konzentration der lokalen Dehnungen aufweisen und für die Bildung der Heißrisse von einer kritischen Bedeutung sind.
Zur Erfassung der lokalen Dehnungen wurde das „Digitale Bildkorrelation Messverfahren“ eingesetzt. Mit Hilfe einer externen Laserbeleuchtung und entsprechender Filterungstechnik wurden die Messungen auf der Oberseite der Probe ohne Behinderung durch die Laserstrahlung durchgeführt. Durch die optischen Dehnungsmessungen wurden für Proben aus dem Stahl 1.4376 die kritischen Werte der lokalen Dehnungen und Dehnraten ermittelt. Zudem wurden Versuche mit weiteren Materialien durchgeführt.
In ersten Versuchen wurde die Heißrissanfälligkeit mit verschiedenen austenitischen Stählen mit dem CTW-Heißrisstest (Controlled Tensile Weldability) geprüft, um die Randbedingungen des neuen Tests festzulegen. Anhand der Vorversuche wurden die Probengeometrien sowohl für quer- als auch längsbeanspruchte Proben festgelegt. Darüber hinaus wurde die Probengeometrie mit Hilfe der FEM-Berechnung für längs- und querbeanspruchte Probenvarianten für den Einsatz beim CTW-Test optimiert. Das Prüfverfahren für die Heißrissbeurteilung wurde in der Weise konzipiert, dass die Klassifizierung von Werkstoffen durch einen einheitlichen Testvorgang sowie feste Bewertättungskriterien erleichtert wird. Zusätzlich wurde ein neues Testprogramm (Prüfmatrix) entwickelt und optimiert. Durch diese optimierte Prüfmatrix konnte die Heißrissresistenz aller untersuchten Stähle quantifiziert werden. Durch die Ermittlung der kritischen Kombination von Dehnungen und Dehnungsgeschwindigkeiten sowie die Messung der Risslänge konnte eine quantitative Bewertung der Heißrissanfälligkeit von Schweißnähten vorgenommen werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hoch-Mangan-Stähle, die Komplex- und die Dualphasenstähle eine höhere Heißrissresistenz im Vergleich zu den typischen austenitischen Stählen aufweisen.
Darüber hinaus wurde die Heißrissresistenz für einige Stähle mittels selbstbeanspruchten Heißrisstests (SEP 1220) untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine breite Streuung der Ergebnisse, was einen aussagekräftigen Einsatz dieses Testes verhindert.
Im Rahmen des Projektes wurde eine neue Prüftechnik entwickelt sowie auch eine neue Prüfanlage aufgebaut, um die Heißrissanfälligkeit der laserstrahlgeschweißten Verbindungen zu qualifizieren.
Das IGF-Vorhaben 17781 N der FOSTA –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 von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren, Berlin durchgeführt.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
M. Rethmeier, A. Gumenyuk, N. Bakir
