Lösungen zur Verbesserung Ihres Schweißprozesses

Bewertung und Lebensdaueranalysen von Schweißverbindungen

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

Bewertungen

Simulationen


 

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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

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Bewertungen

 

Ermittlung relevanter Schädigungsmechnismen

Bewertung der Schweißparameter hinsichtlich festigkeitsrelevanter Gefügeeigenschaften

Lebensdaueranalysen

Leck-vor-Bruch und (Rest-)Lebensdauerbewertung rissbehafteter Bauteile und deren Schweißverbindungen unter betriebsähnlicher Belastung

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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

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Themen

 

Mikrostrukturaufklärung und Bewertung

 

Die Mikrostruktur ist verantwortlich für die Eigenschaften von Werkstoffen und damit auch für die Eigenschaften der daraus hergestellten Bauteile. Die Mikrostruktur wird durch die verschiedenen Fertigungsschritte eingestellt. Sie kann sich auch im Betrieb positiv und negativ verändern. Wir decken die Beziehungen zwischen den Eigenschaften des Werkstoffs und dessen Mikrostruktur auf und nutzen diese für...

 

Eigenspannungsanalysen

 

Das Betriebsverhalten von Bauteilen wird oft entscheidend vom Eigenspannungszustand oberflächennaher Bereiche bestimmt, da dort Korrosion und Verschleiß und die mechanischen und thermischen Beanspruchungen meist am höchsten sind. Zur Ermittlung von Eigenspannungen setzen wir zerstörungsfreie Röntgenbeugungsverfahren oder teilzerstörende Verfahren wie das...

 

Wasserstoffversprödung metallischer Werkstoffe


Atomarer Wasserstoff ist in der Lage, die Zähigkeit metallischer Werkstoffe entscheidend zu reduzieren. Dies kann zu unerwartetem Versagen von Bauteilen und Komponenten führen. Man spricht generell von Wasserstoffversprödung. Die unterschiedlich ausgeprägte Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung bei sonst vergleichbaren Festigkeitseigenschaften schränkt die Werkstoffauswahl ein…

 

Simulation und Optimierung von Prozessen zur Wärmebehandlung

 

Die Wärmebehandlung von Metallen ist ein wichtiges Werkzeug zur Einstellung günstiger Gefügezustände und Eigenspannung in Bauteilen. Für viele Bauteile wird die Erwärmung induktiv mittels bewegtem Induktor durchgeführt.  Die experimentelle Optimierung der Behandlungsparameter ist, besonders bei großen Bauteilen wie Lagern...

 

Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen in umgeschmolzenen Randschichten

 

Die Oberfläche eines Bauteils ist in vielen Fällen maßgebend für sein Einsatzverhalten und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Durch ein neues Verfahren, dem Laserumschmelzen von Randschichten, können Oberflächen feinpoliert oder sogar strukturiert werden...

 

Schadensanalysen an Metallen

 

Wir beantworten Ihre Fragestellungen, die sich durch Ausfälle im Betrieb oder in der Qualitätssicherung von Prozessen der industriellen Fertigung ergeben. Die fundierte Aufklärung von Schadensfällen an metallischen Werkstoffen und Bauteilen ist am Fraunhofer IWM fest etabliert. Für Ihre individuelle Aufgabe stellen wir ein kompetentes Team zusammen, das mit Ihnen zusammen die nächsten Schritte erörtert, um zu einer effektiven... 

 

Charakterisierung von Werkstoffen

 

Für die Charakterisierung von Guss-, Schmiede- und Blechwerkstoffen, die in thermisch und mechanisch hochbelasteten Bauteilen eingesetzt werden, wurden ausgefeilte Versuche entwickelt. Die Versuchstemperaturen liegen je nach Anforderung im Temperaturbereich von -180 °C bis >1000 °C. Mechanische Lasten können monoton bzw. zyklisch aufgebracht werden. Die Versuchsergebnisse tragen...

 

Aufklärung von Verformungs- und Schädigungsmechanismen

 

Unter thermischen und mechanischen Belastungen können sich transkristalline und interkristalline Risse wie auch Kriechporen bilden und wachsen. Außerdem können Oxidations- und Korrosionsprozesse den Werkstoff schädigen und Gefügeveränderungen zu einer beträchtlichen Veränderung der mechanischen Eigenschaften führen. Bei der Werkstoffmodellentwicklung bzw. Bauteilauslegung ist es daher wichtig...

 

Mechanismenbasierte Modelle für die zeit- und temperaturabhängige Plastizität und Schädigung

 

Mit fortschrittlichen Verformungsmodellen lassen sich typische Werkstoffphänomene wie Verfestigung, Kriechen, Relaxation und Dehnrateneffekte beschreiben, wobei mikrostrukturelle Veränderungen und ihre Auswirkungen auf die Mechanik ebenfalls berücksichtigt werden können.
Mit den mechanismenbasierten Schädigungsmodellen kann das Risswachstum unter Ermüdungs- und...

Gruppen am Fraunhofer IWM, die sich mit dem Thema Schweißverbindungen beschäftigen

Ermüdungsverhalten

 

Lasttragende Bauteile und Strukturen sind in allen Industriebereichen; Automobil- und Fahrzeugbau, Schienenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Stahl- und Brückenbau komplexen Spannungszuständen ...

Fügeverbindungen

 

Wir charakterisieren Fügeverbindungen bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften und bewerten sie im Hinblick auf ihr Verformungs- und Versagensverhalten. Dabei ist die Ersatzmodellierung von ...

Mikrostruktur, Eigenspannungen

 

Wir untersuchen den Einfluss von Herstellungsverfahren und Betriebsbeanspruchungen auf die Mikrostruktur und den Eigenspannungszustand von Werkstoffen ...

Lebensdauerkonzepte, Thermomechanik

 

Motorenbauteile, Turbinen von Flugzeugen, Komponenten der Kraftwerkstechnik und des Anlagenbaus unterliegen hohen thermischen und mechanischen ...