Einfluss der mechanischen Verfestigung auf die Eigenspannungsentstehung beim Schweißen von Stählen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Nitschke-Pagel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273371116

Beim Schweißen von Stählen entstehen aufgrund der prozessbedingten großen Temperaturunterschiede zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff Spannungen, die zu plastischer Wechselverformung insbesondere in der Wärmeeinflusszone führen können. Dieser Vorgang hat einen direkten Einfluss auf die Ausbildung von Schweißeigenspannungen, da diese oftmals durch die veränderten Streck- bzw. Dehngrenzen des Materials beschränkt werden. Die nicht optimale Modellierung dieser Verfestigungsvorgänge in der Schweißstruktursimulation wird daher unter anderem für Diskrepanzen zwischen berechneten und experimentell ermittelten Schweißeigenspannungen verantwortlich gemacht. Aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen sollen die Untersuchungen im Rahmen eines Fortsetzungsprojektes auf die Gruppe der umwandelnden Stähle ausgeweitet werden, bei deren schweißtechnischer Verarbeitung die Phasenumwandlungen den Verfestigungszustand zusätzlich beeinflussen. So führt die Entstehung höherfester Phasen dazu, dass sich die Auswirkungen der damit verbundenen strukturellen Verfestigung mit denen der mechanischen überlagern. Zudem tritt das Phänomen der Umwandlungsplastizität auf, durch das zusätzliche mechanische Verfestigungseffekte hervorgerufen werden. Schließlich stellt sich die Frage der Übertragbarkeit des mechanischen Verfestigungszustands beim Phasenübergang. Das Ziel des Vorhabens ist daher die Beseitigung einer Wissenslücke, die bei der Berechnung von Schweißeigenspannungen umwandelnder Stähle bislang immer zu großen Diskrepanzen gegenüber experimentellen Ergebnissen führt. Am Beispiel zweier Baustähle mit unterschiedlicher Festigkeit erfolgt eine eingehende experimentelle Werkstoffcharakterisierung. Darauf aufbauend werden Berechnungen mit verschiedenen Materialmodellen durchgeführt, deren Ergebnisse mit experimentell ermittelten Eigenspannungen und Verfestigungszuständen in Schweißversuchen abgeglichen werden müssen. Somit kann eine Aussage getroffen werden, wie die mechanische Verfestigung bei der Schweißstruktursimulation mit umwandelnden Stählen zu modellieren ist, um realitätsnahe Ergebnisse berechnen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen