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Optimierte Simulation der Schweißnahtfestigkeit mittels Regressionsgerade und Umwandlungsstarttemperatur


Kurzfassung

Das Verfahren nebst Messanordnung lässt eine zuverlässige zerstörungsfreie Abschätzung der Zugfestigkeit eines Schweißgutes zu. Es ist für unterschiedliche Werkstoffgruppen geeignet und kann in bestehende Schmelzschweißsysteme integriert werden. Das Verfahren optimiert die Vorhersage der Schweißgutqualität erheblich, sodass eine zerstörende Prüfung überflüssig wird.


Hintergrund

Das stoffschlüssige Fügen von Metallen durch Schweißen ist auch heute noch eines der am häufigsten verwendeten Fügeverfahren. Dabei ist die Qualität der Fügestelle eine entscheidende Größe und muss entsprechend gewähr­leistet werden können. Mittels einer Simulation auf Basis von Referenzparametern ist eine Vorhersage der Schweiß­nahtqualität, bzw. deren Zugfestigkeit möglich. Die Qualität dieser Vorhersage konnte nun an der RWTH Aachen entscheidend optimiert werden, sodass eine zerstörende Prüfung überflüssig wird.


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Problemstellung

Um die Festigkeit von Schweißverbindungen zu gewähr­leisten existieren unterschiedliche Konzepte zu deren Auslegung. Da aber auch der Fügeprozess einen großen Einfluss auf die spätere Zugfestigkeit der Verbindung hat, ist die Schweißprozesssimulation ein wichtiges Hilfsmittel. So werden die Prozessparameter in Bezug auf Eigen­spannung, Verzug und Gefügestruktur verbessert. Her­kömmliche Verfahren wie das t8/5-Konzept lassen jedoch keine werkstoffunabhängige Korrelation zu und sind daher aufwändig in der Praxis; ohne eine zerstörende Prüfung ist bisher keine zuverlässige Aus­sage bzgl. der mechanischen Eigenschaften einer Schweißnaht möglich.


Lösung

Das hier vorgestellte Verfahren nebst Messanordnung lässt nun eine zuverlässige zerstörungsfreie Abschätzung der Zugfestigkeit eines geschweißten Werkstoffes zu. Grundlage ist die Erkenntnis, dass ein direkter Zu­sammen­­hang zwischen späteren mechanischen Eigen­schaften (Zug­festigkeit, Streckgrenze, Kerbschlagarbeit) und der Phasen­um­wand­lungs-Starttemperatur besteht.

Das Verfahren beginnt mit der Herstellung mehrerer Referenzschweißgüter zur Ermittlung der Refe­renz-Tem­peratur-Zeitverläufe. Während der Abkühlung wird die Referenz-Umwandlungsstarttemperatur (min­destens für eine ferritische oder bainitische Gefügeum­wandlung je Referenzgut) bestimmt. Nach Zugversuchen und kontrol­lier­tem Aufschmelzen der Proben erfolgt die Erstellung einer Regressionsgerade aus allen ermittelten Daten. Die sich daraus ergebende lineare Regressionsfunktion er­laubt in Verbindung mit der in-situ gemessenen Umwand­lungsstarttemperatur die unmittelbare Vorhersage der Zugfestigkeit des Schweißgutes.


Vorteile

  • Zerstörungsfreie Vorhersage der Zugfestigkeit einer Schweißverbindung
  • Optimierte prozessintegrierte Schweißgutanalyse
  • Für unterschiedliche Werkstoffgruppen geeignet
  • Werkstoffunabhängige Korrelation innerhalb einer Werkstoffgruppe
  • Einfach in bestehende Systeme zu integrieren
  • Für alle Schmelzschweißprozesse anwendbar

Anwendungsbereiche

Das Verfahren ist für die Bereiche schweißtechnische Qualitätssicherung, für Legierungs- und Schweißzusatzentwicklung sowie für die Entwicklung von Gusslegierungen als auch für Hersteller von Messgeräten zur Schweißüberwachung geeignet.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Michael Ott
+ 49 721 790 040
ott@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE 10.2015122889 B3 erteilt

Stichworte

Abschätzung Schweißgutfestigkeit, Abkühlzeit, Umwandlungstemperatur, Bainit-Start-Temperatur, Schweißnahtgüte

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr