Anwendungsbeispiel: Kaltrissrisiko beim Schweißen minimieren

Beim Schweißen hochfester Stähle treten häufig Kaltrisse auf, die die Bauteilsicherheit stark beeinträchtigen können. Diese Risse entstehen meist lokal in der Schweißzone durch das Zusammenspiel von Gefügestruktur, Eigenspannungen und Wasserstoffeintrag.

Aus Anwendungssicht besteht die Herausforderung darin, die Kaltrissgefährdung komplexer Bauteile quantitativ vorherzusagen, um Fügeprozesse stabil auszulegen und teures Nacharbeiten oder Ausfälle zu vermeiden. Werkstofftechnologisch braucht es dazu ein genaues Verständnis der Wechselwirkungen zwischen dem Schweißprozess, der Bildung des Gefüges, lokalen Eigenspannungen und der Wasserstoffdiffusion, welches in einer numerischen Simulation abgebildet und mit experimentell ermittelten Risskriterien validiert werden kann. In der Simulation werden Temperaturfelder, Eigenspannungen und Wasserstoffverteilungen im Schweißbereich berechnet. Aus diesen Daten lässt sich mit quantitativen Kriterien die Kaltrisswahrscheinlichkeit ableiten.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsleistungen zur Vorhersage und zur Vermeidung von Kaltrissen beim Schweißen

• Bestimmung von Risskriterien durch Experimente an Werkstoffproben mit variierendem Wasserstoffgehalt,
• Erfassung und Mapping von Werkstoffkennwerten wie Härte und Eigenspannungen während Schweißprozessen
• Entwicklung und Validierung numerischer Modelle für Temperatur-Zeit-Verläufe und Phasenumwandlungen, Eigenspannungen und Wasserstoffdiffusion während des Schweißens,
• Ermittlung der Einflussgrößen auf die Wasserstoffaufnahme und -verteilung im Schweißgut,
• Ableitung von Empfehlungen zur Prozessoptimierung und zu konstruktiven Maßnahmen, um Kaltrisse zu vermeiden.

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