Einsatz der Röntgenbeugung zur Eigenspannungsermittlung an einer Unterpulver-Schweißverbindung im 2-MN-Prüfsystem
Quelle: BAM, Fachbereich Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen
Geschweißte Komponenten, wie sie z.B. in Kraftwerken oder Offshore-Anlagen zu finden sind, unterliegen oft hohen Sicherheitsanforderungen. Ein mechanisches Versagen oder das Auftreten von Rissen muss vermieden werden. Um die in solchen Komponenten vorhandenen mechanischen Beanspruchungen beurteilen zu können, müssen aufgrund der Größe und Komplexität der Teile sehr aufwändige und teure Tests durchgeführt werden. Die Ermittlung und Auswertung der sogenannten Eigenspannungen, als Maß der mechanischen Selbstbeanspruchung, steht dabei oft im Mittelpunkt des Interesses. Wie aber lassen sich die bei der Herstellung geschweißter Bauteile vorhandenen Randbedingungen auf das Labor übertragen? Ein einfaches Downscaling auf den üblichen Labormaßstab ist oft nicht möglich, da sehr unterschiedliche Wärmeleitung (Schweißen) und Schrumpfbehinderung (mechanische Steifigkeit) vorliegen. Daher werden zunehmend realitätsnahe Teilmodelle (sog. Mock-ups) eingesetzt, um die im realen Bauteil vorhandene Steifigkeit an einem handhabbaren Prüfkörper zu simulieren. Auch für die numerische Simulation, der im realen Bauteil vorhandenen Spannungen, werden solche Mock-ups als Benchmarks verwendet. Dennoch ist die fehlende Kenntnis des genauen Steifigkeitszustandes oft von Nachteil. Das Konzept des Einspanngrades ist ein Ansatz zur Quantifizierung der in realen Komponenten vorhandenen Steifigkeit, die dann auf den Labormaßstab übertragen werden kann. Ein an der BAM entwickeltes 2-MN-Prüfsystem bietet die Möglichkeit, diesen Einspanngrad auf geschweißte Proben anzuwenden. Darüber hinaus können die beim Schweißen auftretenden Kräfte und Momente online überwacht werden. Auch Vorwärmung und nachfolgende Wärmebehandlungen können so im Rahmen des Fertigungsprozesses ausgewertet werden. Die lokalen Eigenspannungen können mittels Röntgenbeugung an den eingespannten Proben bestimmt werden. Der Artikel gibt einen Überblick über bereits durchgeführte Prüfungen und deren Ergebnisse. Das vorgestellte Versuchskonzept erlaubt die Übertragung der Randbedingungen realer Bauteile auf den Labormaßstab und umgekehrt. Die ermittelten Eigenspannungen entsprechen dann denen im realen Bauteil wirksamen. Ihr Einfluss auf das Bauteilverhalten kann so simuliert und ausgewertet werden.
From the field to the lab: Real scale assessment of stresses in welded components
Arne Kromm, Thomas Lausch, Dirk Schröpfer, Jonny Dixneit, Andreas Hannemann, Thomas Kannengießer
erschienen in Materials Performance & Characterization, Band 7, Heft 4, Seiten 574-593, 2018
BAM, Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen