Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung, Fügetechnische Absicherung und technische Auslegung von Schweißverbindungen mit martensitischen Chromstählen

 

Ziel des Projektes für kmU ist die Entwicklung der Schweißbarkeit von Konstruktionen aus pressgehärtetem 1.4034.Im Rahmen der Untersuchung zum Schweißen stehen die Optimierung der Parameter hinsichtlich Risssicherheit, die Anwendung auf Konturschweißnähte und die Verbesserung von Festigkeit und Zähigkeit der Verbindung im Fokus. Bleche aus martensitischem Chromstahl artgleich und artungleich mit etablierten und modernen Werkstoffen verbunden. Die Prüfung der Tragfähigkeit erfolgt bei quasistatischer wie schlagartiger Belastung. Der Schwerpunkte liegen auf der Prüfung von Konturnähten. Das Verständnis des Zusammenhangs von Verbindungskennwerten und Belastungsrichtung bei quasistatischer und schlagartiger Belastung soll durch eine Analyse des Bruchverhaltens verbessert werden. Schwingfestigkeitsuntersuchungen werden an Stumpf- und Überlappstößen bei gegebener Schweißparametervariation durchgeführt und hieraus Daten der zyklischen Festigkeit für optimale Parameter abgeleitet werden. Die Ergebnisse dienen als Basis für die konstruktive Auslegung von Schweißverbindungen mit ultrahochfesten Stählen. Prozessdiagramme für die Fertigung und Maßgaben für die Gestaltung von Prozessen und Werkzeugen werden abgeleitet. Die Kennwerte für Tragfähigkeit und Schwingfestigkeit ergeben materialspezifische Richtwerte für die Berechnung geschweißter Verbindungen. Verfahren und Konstruktion fließen in Design und Fertigung eines Prüfbauteils ein. Die Ergebnisse sollen kleinen und mittelständischen Unternehmen in verschiedenen Bereichen zur Erweiterung ihres Fertigungsspektrums und ihrer konstruktiven Möglichkeiten dienen. Hauptanwendungsgebiet ist die Blechbearbeitung. Zielanwendungen sind in erster Linie im Fahrzeugbau für Straße und Schiene. Im Bereich Profilbearbeitung können die Lösungsansätze in Hubförderzeugen, Schiffsdecks und Flugzeugteilen angewandt werden. Die Ergebnisse der Prozessentwicklung finden Eingang in die Gestaltung von Werkzeugen für die Fertigung.

Ergebniszusammenfassung:

Untersuchungen zur Wärmebehandlung haben zur Erweiterung der Kenntnisse über das Verhalten der Verbindung geführt sowie deren Möglichkeiten und Grenzen aufgezeigt. Die Erkenntnisse flossen ein in die Fertigung von Rohren, Wellen und Blechen bei drei Industrieunternehmen. Untersuchungen der Durchmischung brachten Ergebnisse, die zu einer Erweiterung der Kenntnisse der Schmelzbaddynamik beim Laserstrahlschweißen artungleicher Verbindungen am Überlappstoß , die erheblich über den bisherigen Kenntnisstand hinausgehen. Die Ergebnisse wurden auf Fachtagungen vorgestellt und diskutiert. Versuche zum Schweißen von Stirnflächennähten an artungleichen Verbindungen wurden erfolgreich durchgeführt. Die Ergebnisse können die Akzeptanz dieser Verbindungsart erhöhen. Zur experimentellen Charakterisierung des Einflusses unterschiedlicher Nahtkonturen (Linien-, Spline- und Klammernähte) wurden Verbindungskennwerte für verschiedene Werkstoffkombinationen unter zwei Belastungsgeschwindigkeiten und unterschiedlichen Belastungswinkeln ermittelt. Die Tragfähigkeit der lasergeschweißten Proben konnte im Rahmen des Forschungsvorhabens signifikant gesteigert werden. Trotz der mit Hilfe des zyklischen Werkstoffverhaltens aufgezeigten Unterschiede der untersuchten Blechwerkstoffe, zeigt die lastbasierte Schwingfestigkeitsbewertung, dass sowohl artgleiche als auch artungleiche Schweißverbindungen unter Scherzugbelastung in eine gemeinsame Wöhlerlinie mit einer für Schweißverbindungen üblichen Streuung zusammengeführt werden können.

Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in die Konzeptionierung eines auf Crashsicherheit ausgelegten Batteriekastens ein. Während der Modulträger die gestellten Anforderungen erreicht, sind noch am Aufprallkörper noch Optimierungen vorzunehmen. Das Konzept erwies sich als tragfähig.