Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Lösungen zur Verbesserung Ihres Schweißprozesses
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Bewertung und Lebensdaueranalysen von Schweißverbindungen
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Schweißverbindungen: Bewertung und Lebensdauerkonzepte
Was wir für Sie tun können
Wir entwickeln für Sie Lösungen, mit denen Sie den Schweißprozess in Ihrer Anwendung verbessern können, und unterstützen Sie bei der Bewertung von Schweißverbindungen: Wurde die Schweißung richtig ausgeführt? Sind Hohlräume, Poren oder Bindefehler entstanden oder wurde nicht vollständig durchgeschweißt, haben Sie ungünstige Eigenspannungszustände erzeugt?
Im laufenden Betrieb bewerten wir die Sicherheit und Lebensdauer der Fügeverbindung, im speziellen auch für Hochtemperaturanwendungen. Wie entwickeln sich Verzug und Eigenspannungen im geschweißten Bauteil und welche Auswirkungen hat das auf den Einsatz? Auch extreme Anwendungsbedingungen in Kraftwerken, wie aggressive Umgebungsatmosphären und wechselnde Temperaturen, beziehen wir in unseren Betrachtungen mit ein. Auf diese Weise liefern wir beispielsweise auch Ergebnisse für die Auslegung ganzer Komponenten in Kraftwerksbetrieben oder anderen Anwendungen.
Um die jeweiligen Fragestellungen zu beantworten, können wir auf ein breites Knowhow zurückgreifen. Wir simulieren den Schweißprozess, um das entstehende Gefüge und Eigenspannung zu berechnen. Anschließend können Handlungsweisen erarbeitet werden, um den Verzug des Bauteils zu reduzieren. Wir optimieren gezielt Wärmenachbehandlungen, um die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern. Anhand einer detaillierten mechanischen Charakterisierung unter betriebsähnlichen Belastungen können Schweißminderungsfaktoren bestimmt werden, speziell auch bei hohen Temperaturen. Wir ermitteln zudem Restlebensdauern rissbehafteter Schweißverbindungen. Unsere Expertise ist auch bei der Bewertung von metallischen Mischverbindungen gefragt. Sie erhalten Hinweise und Lösungen zur Verbesserung ihres Fügeprozesses und können dadurch die Lebensdauer der Komponenten erhöhen.
Untersuchungen
- Mikrostruktur- und Schadensanalyse: Bewertung des Gefüges mittels Lichtmikroskopie, REM, EDX, EBSD, XRD, chemische Analyse mittels GDOES, Ermittlung der lokalen Härte und Härteverteilung durch Härtemappings, Bruchflächenbewertung
- Eigenspannungsmessungen im Labor und vor Ort
- Wasserstoffanalysen: Messung des Wasserstoffgehaltes mittels Träger-Heißgasextraktion und Thermal Desorption Spectroscopy (TDS), Ermittlung von Kenndaten zur Wasserstoffdiffusion durch Permeationsversuche
- Bestimmung von Degradationsmechanismen
- Isotherme und thermozyklische Ermüdungs- und betriebsähnliche Kriechermüdungsversuche sowie zyklische Risswachstumsversuche an cross-weld Proben, Proben aus einem Schweißsimulator und Schweißgutproben zur:
- Bewertung der Lebensdauer von Schweißverbindungen (Bestimmung von Schweißminderungsfaktoren)
- Bewertung des Risswachstums in Schweißverbindungen
- Untersuchung des Einflusses von Schweißfehlern (wie Heißrissen) auf die Lebensdauer
- Untersuchung des Einflusses und der Veränderung von Eigenspannungen, Mikrostruktur und mech. Eigenschaften
- Optische Rissverfolgung und Dehnungsmessung zur verbesserten Auswertung von cross-weld Proben
- Messung von Risswiderstandskurven und der Ermüdungsrissausbreitung an Rohren mit Schweißnaht
- Untersuchungen zur Relaxationsrissneigung mittels SSRT-Versuche und Ableitung geeigneter Wärmenachbehandlungen
Simulationen
- Simulation der Ausscheidungskinetik beim Schweißprozess, während einer Wärmebehandlung und im laufenden Betrieb sowie deren Auswirkung auf das Langzeitverhalten unter erhöhten Temperaturen
- Schweiß- und Wärmebehandlungs-Simulationen: Gefüge, Härte, Eigenspannungen und Verzug
- Kaltrisssimulation: Simulation der Wasserstoffdiffusion beim Schweißen unter Berücksichtigung von Gefüge, Eigenspannungen, plastischer Dehnung und Wasserstofffallen
- Simulation der Verformung und Lebensdauer von Komponenten (einschließlich ihrer Schweißverbindungen) unter thermozyklischer (Kriech-)Ermüdung
- Bewertung der Restlebensdauer rissbehafteter Komponenten (einschließlich ihrer Schweißverbindungen) mit Hilfe eines Lebensdauer-Prognose Tools