Steigerung der Risssicherheit hochfester Schweißverbindungen durch den Einsatz neuartiger Schweißzusatzwerkstoffe mit niedriger Umwandlungstemperatur (LTT)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Gibmeier; Professor Dr.-Ing. Thomas Kannengießer
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188906270

Das Fügen mit Low Transformation Temperature (LTT)-Zusatzwerkstoffen stellt eine innovative Methode dar, Schweißeigenspannungen zu reduzieren. Insbesondere die gezielte Erzeugung von Druckeigenspannungen in Schweißgut und Wärmeeinflusszone (WEZ) lässt eine signifikante Verbesserung der Kaltrisssicherheit hochbeanspruchter Schweißkonstruktionen erwarten. Zur effektiven Nutzung dieser Werkstoffe ist ein tiefgreifendes Verständnis der mikrostrukturellen Vorgänge während des Schweißens notwendig, um die komplexen Abläufe während der Eigenspannungsentstehung zu erfassen. Die bisherigen Ergebnisse unterschiedlicher Forschergruppen, d. h. gemessene und simulierte Eigenspannungsverteilungen, lassen erkennen, dass die zugrunde gelegten Modellvorstellungen zwar prinzipiell gültig sind, jedoch exakte Voraussagen hinsichtlich der Höhe und der Verteilung solcher Eigenspannungen nicht ohne weiteres möglich sind. Das übergeordnete Ziel des vorliegenden Fortsetzungsantrag besteht darin, ohne zusätzliche Nachbehandlungsmaßnahmen durch eine optimierte Kombination von Schweißmetallurgie (durch Einsatz von speziell entwickelten LTT-Zusatzwerkstoffen) und fertigungsabhängigen Abkühlbedingungen die Voraussetzung für die nachhaltige Verbesserung der Kaltrisssicherheit von hochfesten Schweißkonstruktionen zu schaffen. Im laufenden Gemeinschaftsprojekt soll das grundlegende Verständnis über das Zusammenwirken neuartiger LTT-Legierungszusammen-setzungen und der daraus folgenden Werkstoff- und Eigenspannungszustände auf die Verbindungseigenschaften unter mechanischer Beanspruchung erarbeitet werden. Im Hinblick auf eine verbesserte Bauteilübertragbarkeit wird dies durch die Berücksichtigung der konstruktiven Einspannverhältnisse, wie sie tatsächlich in realen Bauteilen vorliegen, realisiert.In der ersten Förderphase des laufenden Vorhabens wurden erstmalig In-situ-Beugungsexperimente an speziellen Bauteilproben realisiert, um die lokale Umwandlungskinetik und die Entwicklung der lokalen Dehnungen als Folge der thermischen und konstruktiven Randbedingungen zu analysieren. Hierbei wurde ein realitätsnaher MAG-Schweißprozeß unter der Berücksichtigung des mechanischen Einspanngrades in-situ abgebildet. Im Zuge dieser Untersuchungen sind verschiedene Fragestellungen aufgetaucht, die es erfordern, die erhobenen experimentellen Daten auf Basis von Ergebnissen aus komplementären Untersuchungen wiederholt auszuwerten, um eine aussagekräftige Bewertung der experimentellen in-situ Beugungsuntersuchungen sicherzustellen. Im Rahmen der Projektfortsetzung sollen diese Analysen durchgeführt werden. Zudem soll durch die Fortsetzung des Vorhabens die Übertragbarkeit der im ersten Förderzeitraum erarbeiteten Ergebnisse auf praxisnahe Mehrlagenschweißungen unter konstruktiver Schrumpfbehinderung (Stoßverbindungen) untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen