Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung der instrumentierten Eindringprüfung zur Kennwertermittlung für hochfeste Stähle mit Schweißungen

Die Kenntnis des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von modernen Stahlwerkstoffen besitzt höchste Relevanz für den Großteil der Unternehmen in der Metallverarbeitenden beziehungsweise -erzeugenden Industrie, dem Fahrzeug- und Maschinenbau, bzw. deren Zulieferbetrieben. In Form von Randbedingungen weiterhin auch für Anwender und Hersteller numerischer Simulationssoftware; sowie für diverse andere. Für alle diese Unternehmen soll ein bereits bestehendes Verfahren, die instrumentierte Eindringprüfung, dahingehend qualifiziert werden, dass sich damit hochfeste Stahlwerkstoffe untersuchen lassen. Das Verfahren vereinfacht und beschleunigt dadurch, dass flache Oberflächen ohne aufwändige Probenvorbereitung ausgewertet werden können, den Prozess der Kennwertermittlung deutlich. Die Herstellung von speziellen Probengeometrien durch Laser- bzw. Wasserstrahlschneiden oder Erodieren entfällt ebenso wie die Notwendigkeit entsprechender Anlagentechnik.Der Fokus liegt weiterhin darauf, auf Grund der hohen örtlichen Auflösung des Verfahrens auch die verschiedenen Zonen von typischen Schweißverbindungen (Laserstrahlschweißen, Metallschutzgasschweißen, Widerstandspunktschweißen) zu untersuchen. Somit lassen sich neben dem Grundwerkstoff selbst auch ganze Bauteile und -gruppen mit Fügestellen charakterisieren, was mit konventionellen Verfahren wie dem Zugversuch nicht möglich ist. Hierdurch wird der Anwendungskreis erneut erweitert.

In allen genannten Wirtschaftszweigen sind in Deutschland kleine und mittlere Unternehmen angesiedelt - für diese Unternehmen (KMU) stellt das Forschungsvorhaben einen besonderen Wert dar. Sie verfügen erstens i.d.R. nicht über die Mittel für eine eigenständige Finanzierung eines Projekts solchen Umfangs, und zweitens ist das Kosten-Nutzen Verhältnis für ein einzelnes KMU trotz des bedeutenden Mehrwerts auf Grund der hohen Entwicklungskosten nicht ausreichend gegeben. Daher soll das Vorhaben im Rahmen industrieller Gemeinschaftsforschung durchgeführt werden.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Projekt wurde ein Verfahren entwickelt, mit welchem die lokalen Werkstoffeigenschaften von im Automobilbau typischen Werkstoffen und deren Fügestellen bestimmt werden können. Relevante Kennwerte sind in erster Linie das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der verschiedenen Zonen einer Schweißverbindung; relevante Zonen wiederum sind neben dem Grundwerkstoff die Wärmeeinflusszone und das Schweißgut. Zu diesem Zweck wurde das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung für den Einsatz bei hochfesten Stählen weiterentwickelt.

Das im Projekt angewendete Auswerteverfahren, welches auf nichtlinearen Regressionsmodellen in Form von künstlichen, neuronalen Netzwerken beruht, ermöglicht die Vorhersage des Festigkeitsverhaltens des Werkstoffes anhand der gemessenen Krafteindringwegdaten. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der von den Neuronalen Netzen zurückgegebenen Materialparametern mit den gewünschten Spannungs-Dehnungskurven.