Schweißzusätze für die Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle: Produktion. Qualitätssicherung. Eigenschaften

Transkript

1 Schweißtechnisches Kolloquium TU Ilmenau Schweißzusätze für die Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle: Produktion Qualitätssicherung Eigenschaften

2 Firmenprofil Fa. Fliess Drahtzieherei für Schweißzusätze Inhabergeführtes Unternehmen in 4. Generation Seit 1915 am Standort Duisburg m² Produktionsfläche 62 Mitarbeiter to/a

3 Spezialisierung Mittellegierter Schweißdraht für: Hochfeste Stähle Warmfeste Stähle Kaltzähe Stähle UP- und SG- Drähte in allen Spulungsvarianten WIG- und Gasschweißstäbe

4 Knüppelstrangguß Quelle: ArcelorMittal Hamburg

5 Schmelzofen/Knüppelstrangguß Quelle: ArcelorMittal Hamburg

6 Drahtwalzstrasse Quelle: ArcelorMittal Hamburg

7 Warmwalzen von Draht

8 Drahtwalzwerk - Stelmorband

9 Prozeßablauf Schweißdrahtfertigung

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11 Prinzip des Drahtziehens

12 Umformgrade beim Drahtziehen Ziehfolge 5,5 mm 1,2 mm (0,8 mm) Ausgangsfestigkeit: ca. 600 MPa (bis 1200 MPa) Brucheinschnürung ca. 65% Zielfestigkeit: ca MPa Querschnittsabnahme : 95,2% (97,9%) Längenzunahme somit 2100% (4700%) Bis Streckgrenzenklasse S690 ohne Zwischenglühe möglich Typische Jahresproduktion : km

13 Drahtziehen im Jahr 1500 (Leonardo da Vinci) Quelle: Stadtbibliothek Nürnberg

14 6-Zügige Ziehmaschine (Block 1-5)

15 Zwischenprodukt beim Drahtziehen

16 Zwischenglühe Werkbild: Fritz Finkernagel GmbH

17 Restriktionen bei der Fertigung dünner Drähte Abmessung bei Zwischenglühe nur theoretisch frei wählbar Draht muß bei hohen Geschwindigkeiten abzugsfähig bleiben Ziehmittel-/Zunder-/Glührückstände müssen im Folgeprozeß sicher entfernt werden können Drahtverlängerung 5,5mm->2,8 mm : 386% Drahtverlängerung 2,8mm->1,2 mm : 544% Drahtverlängerung 2,8mm->0,8 mm : 1225% Drähte für hochfeste Stähle bei Fliess bis Durchmesser 0,8 mm verfügbar

18 Qualitätsprüfung bei der Drahtherstellung Stahlwerk Konverter / Sekundärmetallurgie Warmwalzstrasse Schmelzanalyse Stranggußverteiler 130 to Drahthersteller Vorbehandlung Glühen / Beizen Grobzug /Feinzug Konfektionierung/Spulung Stückanalyse statistisch / 100%? 1,5 to Händler / Händler: Lager /Umschlag Endverbraucher : Lager /Verarbeitung Wareneingangskontrolle?? 15 kg?? Endkunde

19 Schnittstelle zwischen Warmbetrieben

20 Qualitätssicherung Chemische Analyse jedes WD-Rings Barcodegestützte Probenidentifizierung vom Walzdrahtcoil bis zur EDV-Verarbeitung der Analyse Zusatzprüfung an jeder Großeinheit Rückverfolgbarkeit jeder Spule bis zum Knüppel

21 Re [Mpa]. Entwicklung der Streckgrenzen hochfester Feinkornbaustähle 1400 warmgewalzt S1300QL 1200 normalgeglüht Luftvergütet wasservergütet S1100QL 1000 TM-umgeformt S890QL S960QL 800 S690QL QStE690M ~ X St37 S235 St52 S355N StE420N S420NC StE500N S500NC QStE380M ~ X 56 QStE420M ~ X 60 QStE620M S620MC QStE550M ~ X Jahr

22 Re, Rm [MPa] Festigkeitseigenschaften mittellegierter UP-Schweißgüter Bruchdehnung [%] Streckgrenze Zugfestigkeit Bruchdehnung , S2 S2Mo S3NiMo1 S3Ni2,5CrMo 0

23 Av-T-Kurven für Lage-Gegenlageschweißungen an StE 480 Kerbschlagarbeit [J] S2Mo S3MoTiB Temperatur [ C]

24 Streckgrenze, Zugfestigkeit [MPa] Bruchdehnung [%] Mechanische Eigenschaften von reinem Schweißgut für hochfeste Stähle Streckgrenze Zugfestigkeit Bruchdehnung

25 Zähigkeitswerte hochfester Schweißzusätze A31 ER 80 S-Ni 1 FK 1 FK 2 FK 1000 A31 ER 80 S-Ni 1 FK 1 FK 2 FK

26 Streckgrenze, Zugfestigkeit [MPa] FK 1000: mech. Eigenschaften in Abhängigkeit von t 8/5 Kerbschlagarbeit [J] Streckgrenze [Mpa] Zugfestigkeit [MPa] C [J] 700 4,00 6,00 8,00 10,00 Abkühlzeit t8/5 [s] Abkühlzeit t8/5 [s]

27 Einsatz-Strategien Overmatching: Streckgrenze des Grundwerkstoffes soll sicher erreicht werden. Verarbeitungsfenster wird sehr klein. Undermatching: Stützwirkung der Naht wird gezielt ausgenutzt. Schweißzusätze sind relativ verarbeitungsfreundlich.

28 Anforderung an Querzugproben Anwender-Forderung: Streckgrenze der Querprobe muß Nenn-Streckgrenze des Grundwerkstoffes entsprechen Wegen des inhomogenen Aufbaus der Querprobe wird die ermittelte Streckgrenze nur für einen Probenbereich bestimmt DIN EN 895 für Querproben sieht Streckgrenzenermittlung nicht vor. Im Prüfprotokoll sind Zugfestigkeit und Bruchlage anzugeben

29 Probenplan Werkstoffprüfung 50

30 Spannung [MPa] SMGB: Salzgitter Mannesmann Grobblech GmbH / Prüfzentrum Zugversuchsergebnisse von 5 Chargen FK 1000 Prüfwerte 2 verschiedener Prüflabore Rp Labor 1 Rm Labor 1 Rp SMGB Rm SMGB Probe Nr.

31 Schematische Darstellung der Festigkeitseigenschaften einer Querzugprobe Querzugprobe "matching" "overmatching" "undermatching" WEZ Schweißgut WEZ

32 Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit in Mpa Streckgrenze und Zugfestigkeit für Grundwerkstoffproben abhängig von der Meßlänge RP0,2 [Mpa] Rt0,6 [Mpa] Rm [Mpa] ,6% Meßlänge des Dehnungsaufnehmers

33 Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit in Mpa Streckgrenze und Zugfestigkeit für Querzugproben abhängig von der Meßlänge RP0,2 [Mpa] Rm [Mpa] Meßlänge des Dehnungsaufnehmers

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35 Fazit UP-Schweißzusätze bis ca. 800 MPa Streckgrenze, SG-Drähte bis 960 MPa Streckgrenze verfügbar Restriktionen in der Drahtfertigung begrenzen die möglichen Enddurchmesser für hochfesten Schweißdraht Qualitätsdokumentation und Rückverfolgbarkeit sind unabdingbar Chargenbezogene Freigaben sind für höchstfeste Drähte Stand der Technik Streckgrenzenwerte von Querzugproben sind kritisch zu beurteilen, Vergleichbarkeit nur bei gleicher Schweiß- und Prüftechnologie gegeben

36 Vielen Dank!