Thermische Zyklen beim Schweißen. t 8-5 -Zeit. Im Rahmen der Ausbildung EUROPEAN WELDING SPECIALIST 'EWS III' SCHWEISSWERKMEISTER am WIFI Graz

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1 Thermische Zyklen beim Schweißen t 8-5 -Zeit Im Rahmen der Ausbildung EUROPEAN WELDING SPECIALIST 'EWS III' SCHWEISSWERKMEISTER am WIFI Graz IWS TU Graz, , Dr. R. Vallant/ IWE Enzinger R. Vallant, /

2 Isothermen verschiedener Schweißverfahren Gasschmelzschweißen Lichtbogenschweißen Elektronenstrahlschweißen a, b, c Schweißbadgeometrie q Wärmequelldichte

3 Wärmeeinflusszone WEZ (HAZ) Gefügeausbildung in der Wärmeeinflusszone WEZ (HAZ)

4 Schweißzyklus und t 8-5 -Zeit (Reale Schweißung) Bestimmung der t 8-5 -Zeit über Thermoelemente Unterschiedliche Abstände von der Schmelzlinie in der Wärmeeinflusszone WEZ (HAZ) IWS TU Graz

5 Schweißzyklus und t 8-5 -Zeit (Gleeble) Schweißzyklus und t 8-5 -Zeit Streckenenergie [kj/cm] 1300 o C 950 o C Grobkornzyklus Spitzentemperatur 1300 C Nahe der Schmelzlinie t 8-5 -Zeit R. Enzinger Vallant, /

6 Wärmeeinflusszone WEZ (HAZ) Wasserstoff-induzierter Kaltriss (toe-crack)

7 Wasserstoff-Eintrag durch Feuchtigkeit Enzinger R. Vallant, /

8 Wasserstoff-Eintrag beim Schweißen Fülldrahtschweißen / Flux-cored arc Welding FCAW H-induzierter Kaltriss Vermeidung von Kaltrissen Elektroden, Fülldrähte, UP-Pulver rücktrocknen!! Vorwärmung (Ms, σ) Soaking: Halten ~250 C einige h (H-Effusion) Hot Pass bei CEL-Elektroden (Pipeline) Werkstoffe mit geringerem CET (TM Stähle) Können zeitverzögert auftreten! (Stunden bis Tage) Klassifizierung: diffusibler Wasserstoff HD z.b. T462P-M1H5 max.5 ml HD / 100g SG Martensitisches Gefüge mit gelöstem Wasserstoff unter Einfluss von Restspannungen besondere Kaltrissgefahr

9 Beurteilung der Schweißbarkeit / Vorwärmung C-Äquivalent nach SEW 088 (Vermeidung von Kaltrissen) Mn + Mo Cr + Cu Ni CET = C Ermittlung der Vorwärmtemperatur Tp Tp 0,35 = 700. CET tanh( d / 35) HD + (53. CET 32). Q 330 d einfache Blechdicke HD.. Konzentration diffusibler Wasserstoff [ml/100g SG] Q Streckenenergie [kj/mm] Berücksichtigung der Wasserstoffklasse des verwendeten Schweißzusatzwerkstoffes!!

10 Beurteilung der Schweißbarkeit / Vorwärmung t 8-5 Zeit 2-dimensionale Wärmeableitung Ablese Beispiel: - Blechdicke 15mm - Steckenenergie 20 kj/cm - Vorwärmung 100 C t (8-5) Zeit ~ 28 sec.

11 SchweißZTU / t 8-5 -Zeit

12 SchweißZTU / t 8-5 -Zeit für Baustahl S Ablese Beispiel: t (8-5) Zeit ~ 28 sec. Zu erwartende Härte: 233HV Gefüge: ca. 6% Ferrit, 91% Zwischenstufe und 3% Martensit

13 SchweißZTU / t 8-5 -Zeit vergüteter Feinkornbaustahl

14 TM-Stähle für geschweißte Konstruktionen Mn + Mo Cr + Cu CET C Ni 40 = Kohlenstoff-Äquivalent nach SEW 088 CET= 0,28 (S355) / CET = 0,255 (S690Q) TM-Stähle sehr gut schweißbar da niedriges C-Äquivalent Anfälligkeit gegenüber H-induzierte Kaltrisse steigt mit der Festigkeit!

15 Aufhärtung in der WEZ Enzinger R. Vallant, /

16 Vorwärmung TM-Stähle Vergleich der notwendigen Vorwärmtemperaturen für S355J2G3 und DI-MC 355 nach SEW 088

17 Vorwärmung TM-Stähle aus: R. Rauch: Kriterien für die Werkstoffauswahl beim Einsatz höchstfester (Rp>650 N/mm2) Stähle im Druckrohrleitungsbau, FMS Stahlbau Rundschau, Ausgabe 9/ (Nr. 95), S

18 Kaltrisstest - Implant aus: R. Rauch: Kriterien für die Werkstoffauswahl beim Einsatz höchstfester (Rp>650 N/mm2) Stähle im Druckrohrleitungsbau, FMS Stahlbau Rundschau, Ausgabe 9/ (Nr. 95), S

19 Einfluss Schweißzyklen auf Kerbschlagzähigkeit aus: F. Wallner, R. Schimböck, R. Rauch: Verbesserte und neue TM-Stähle für geschweißte Konstruktionen (Teil 2), Vortrag bei der internationalen Tagung 2000, Wien.

20 TM-Stähle Herstellung (Feinkornstähle) Thermomechanische Behandlung (schematisch) aus: F. Wallner, R. Schimböck, R. Rauch: Verbesserte und neue TM-Stähle für geschweißte Konstruktionen (Teil 1), Vortrag bei der internationalen Tagung 2000, Wien.

21 TM-Stähle (Feinkornstähle) Gefüge_Eigenschaften aus: F. Wallner, R. Schimböck, R. Rauch: Verbesserte und neue TM-Stähle für geschweißte Konstruktionen (Teil 1), Vortrag bei der internationalen Tagung 2000, Wien.

22 Messung thermischer Zyklen beim MAG-Schweißen Schweißen höchstfester Feinkornbaustahl S 1100 Q - Schweißverbindung soll dem Grundwerkstoff äquivalente mechanische Eigenschaften erzielen. - Einhaltung bestimmter thermischen Zyklus, ausgedrückt durch t8/5- Zeit (Abkühlzeit zw. 800 u. 500 C); ist der für die Güte der Schweißverbindung maßgebende Faktor. - zu geringe t8/5 verursachen Kaltriß- und Aufhärtungsgefahr - zu hohe t8/5 bewirken, dass die geforderten Werte von Festigkeit und Kerbschlagarbeit nicht erreicht werden. - mit steigender Dehngrenze wird der für den Werkstoff relevante Bereich der Abkühlzeit (t8/5) enger. Insbes. bei Fließgrenzen > 900 N/mm² ist eine exakte Wärmeführung (wenn Schweißverbindung dem Grundwerkstoff entspr. mechanische Werte erreichen sollen) erforderlich. - Messung der t8/5 mit verschiedenen Methoden möglich: a) Eintauchen eines Thermoelementes in das Schweißbad b) Berührungslose Messung per Infrarotsensor (zur Integration in prozessautomatisierte Systeme). Daten des Schweißprozesses und thermischen Zyklus in Meßwerterfassungssystem in PC gespeichert. IWS TU Graz: Thermoelemente in WEZ IFW Jena: Infrarotsensor, berührungslos Meßwerterfassungssystem für die Aufzeichnung des thermischen Zyklus mit Datenfernübertragung aus: R. Enzinger Vallant, /