Projekt BeKoRi - Bewertung konstruktiv bedingter Erstarrungsrisse beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle

18.05.2022

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Hochfeste Feinkornbaustähle bieten die Möglichkeit, hochbelastete Konstruktionen materialeffizient umzusetzen. Die aus oft komplexen Geometrien resultierenden mechanischen Beanspruchungen wirken bereits während der schweißtechnischen Fertigung auf die Schweißnähte. Die Erstarrungsrissanfälligkeit verschiedener hochfester Zusatzwerkstoffe soll unter variablen mechanischen Beanspruchungen abhängig von den Schweißparametern quantifiziert werden.

Das Ziel des Projektes ist es, für die Entstehung von Erstarrungsrissen kritische Kombinationen aus Konstruktionsmerkmalen und Schweißparametern für verschiedene Grund- und Zusatzwerkstoffkombinationen zu identifizieren. Im Projekt sollen Empfehlungen erarbeitet werden, mit deren Hilfe Erstarrungsrisse beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle sicher verhindert werden können.

Ausgewählte Werkstoffe werden einer Erstarrungsrissprüfung unter variablen Beanspruchungen im BAM-eigenen MVT-Test unterzogen. Die Komplexität der Randbedingungen wird systematisch gesteigert. Einlagigen Stumpfstößen folgen Untersuchungen an unterschiedlichen Naht- und Stoßformen. Kritische Beanspruchungen werden mit Hilfe dreidimensional wirkender Prüfsysteme quantifiziert. Der Abgleich erfolgt anhand konstruktiver Fallbeispiele. Es folgen Handlungsempfehlungen für die Industrie.

Projektdurchführung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen

Förderung

AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

BeKoRi - Bewertung konstruktiv bedingter Erstarrungsrisse beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle

Ausgangslage

Durch die Verwendung hochfester Stähle ist es möglich, bei gleicher Belastung den tragenden Querschnitt zu reduzieren. Dies verringert das Gewicht der Konstruktion. Dies ist auch aus Sicht der CO₂-Bilanz wünschenswert, da weniger Stahl in der Regel weniger Emissionen in der Herstellung verursacht. Um mit geringeren Mengen an Werkstoff gleichen oder höheren Belastungen optimal zu begegnen, werden moderne Konstruktionen (auch dank Simulationstools) immer komplexer und aufwändiger. Das Resultat dieser anhaltenden Optimierung sind hohe mechanische Beanspruchungen in großen Teilen der Konstruktion. Das Schweißen stellt die wichtigste Verbindungstechnologie für Stahl dar. Hohe Beanspruchungen wirken sich nicht nur im Betrieb sondern bereits während des Fügens auf die Schweißnähte aus. Unter diesen Gesichtspunkten können sich auch in zuvor als erstarrungsrissresistent geltenden Materialien Erstarrungsrisse in der Schweißnaht bilden.

Lösungsstrategie

1. Grundlegende Untersuchung der Erstarrungsrissanfälligkeit von Zusatzwerkstoffen für S690 bis S960 im MVT-Test zur Quantifizierung kritischer Randbedingungen
2. Übertragbarkeitsanalyse anhand geschweißter MAG-Stumpfstöße unter kontrollierter mechanischer Belastung in einer 2-MN-Testanlage
3. Identifikation von Versagenskriterien und Überprüfung anhand konstruktiver Fallbeispiele bei zunehmendem Komplexitätsgrad
4. Ableitung von Kenngrößen und Formulierung von Handlungsempfehlungen für die Industrie

Projektdurchführung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen

Förderung

Das IGF-Vorhaben 21837 N / Fosta P 1516 "Bewertung konstruktiv bedingter Erstarrungsrisse beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle" der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.