Einfluss der Warmefuhrung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweisster hochfester Feinkornbaustahle

摘要

Hochfeste Feinkornbaustahle verfugen uber ein grosses Potenzial fur gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen konnen durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe fur additives MSG-Schweissen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweisszusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere fur KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezuglich schweissbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit wahrend der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflusse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Warmefuhrung auf das Gefuge und die Eigenspannungen. Hierfur werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweisst. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweissparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Warmefuhrung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100℃ bis 300℃) so variiert, dass die Dt8/5-Abkuhlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Warmefuhrung auf Gefuge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Fur die Streckenenergie konnen neben den Gefugeeinflussen aufgrund der resultierenden Abkuhlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweissen mit zu hoher Warmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungunstigen Gefuge- und Bauteileigenschaften fuhren, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klaren, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben fur ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stahlen den Anwendern zur Verfugung zu stellen.