LEHRSTUHL FÜGETECHNIK

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer geeigneten aktiven Kühlstrategie zum additiven MSG-CMT-Schweißen mit hochlegierten korrosionsbeständigen Massivdrahtelektroden. Diese soll sowohl in den kritischen Temperaturbereichen wirken, in denen relevante Gitterumwandlungen und Sekundärphasenausscheidungen auftreten, als auch die hohen technologischen Ansprüche des additiven Fertigens, d. h. Eignung für mehrachsige Fertigungssystemen mit beweglichem Arbeitstisch und komplexe Bauteilstrukturen, berücksichtigen. Die wirtschaftlichen Vorteile des Kühlens sind eine signifikante Reduzierung der Nebenzeiten durch eine relativ geringe Investition sowie die mögliche Erhöhung von Abschmelzleistung bzw. Aufbaurate durch Einsatz von Mehrdraht-MSG-Schweißprozessen. Die technischen Vorzüge zeigen sich in einer verbesserten Makro- und Mikrostruktur, schnelleren Abkühlraten in den kritischen Temperaturgebieten sowie höheren mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeiten. Aufbauend auf dem Stand der Technik sind daher die Randbedingungen und Einflussfaktoren verschiedener aktiver Kühlmethoden gegenüberzustellen, eine geeignete Kühlstrategie abzuleiten und unter Beachtung der werkstofflichen Herausforderungen des hochlegierten korrosionsbeständigen Legierungstyps (Austenit, Duplex, Ni-Basis) zu untersuchen.

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Eine Prüfung der wasserstoffunterstützten Kaltrissbildung (HACC) bei der Einführung neuer Schweißverfahrensvarianten oder Werkstoffe ist aktuell nur mit sehr aufwendigen Untersuchungen möglich. Die Bestimmung der H-Gehalte sowie der HACC erfolgt dabei in getrennten Versuchsaufbauten, welche unterschiedliche Bedingungen an die Schweißaufgabe stellen. Eine standardisierte Methode, die sowohl eine H-Bestimmung als auch die Prüfung der Eigenschaftsdegradation vereint, existiert derzeit nicht. Auch das Normenwerk deckt eine Prüfung der HACC-Beständigkeit für hochfeste Stähle nicht ab und bestehende Konzepte (Vorwärmung) sind nicht zielführend. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Erarbeitung und Erprobung einer neuartigen Prüfmethode, die die Prüfung von H-Gehalt und HACC-Empfindlichkeit vereint und zudem auch beim Verarbeiter (KMU) anwendbar ist. Hierzu erfolgen vergleichende Untersuchungen an einem HACC sensiblen sowie unempfindlichen Stahl mit dem MSG- und dem UP-Schweißprozess. Resultat des Forschungsvorhaben ist eine innovative Prüfmethodik, die eine vereinfachte, universell und insbesondere für KMU geeignete werkstoff- und verfahrensoffene HACC-Prüfung ermöglicht.

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Das Forschungsprojekt verfolgt das Ziel, bislang genutzte Ni-Basis-Legierungssysteme zum Schweißplattieren von Komponenten in Müllverbrennungsanlagen, Biomasseanlagen, Kohle- und Gaskesseln, Wirbelschichtkesseln und Chemieanlagen über die Nutzung der Button-Melt-Technik weiterzuentwickeln und über den Einsatz von MSG-Zweidrahtprozessen praktisch umzusetzen. um die Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit von Schweißplattierungen bei gleichzeitigem Erfüllen der Anforderungen an die innere und äußere Nahtqualität zu verbessern. Diese Vorgehensweise wird gewählt, da Legierungsentwicklungen im Bereich von Ni-Basiswerkstoffen sehr aufwendig und kostenintensiv sind und die Schweißzusätze zumeist aus derselben Schmelze wie die Grundwerkstoffe gefertigt werden. In der Regel werden etwa 10 Jahre benötigt, um eine Hochtemperaturlegierung zu entwickeln und zu qualifizieren. Das Projekt schafft somit Basiswissen für die Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Zudem bildet die Nutzung von Heißdraht-unterstützten MSG-Prozessvarianten einen vielversprechenden Ansatz nicht nur Abschmelzleistung und Schweißgeschwindigkeit beim Plattieren oder additiven Schweißen mit Ni-Basis-Schweißzusatzwerkstoffen zu maximieren. Ferner können über den Zusatzdraht die Schweißguteigenschaften gezielt metallurgisch beeinflusst werden.

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Im Forschungsantrag geht es um vorwettbewerbliche, anwendungsorientierte Grundlagenuntersuchungen zur Verbesserung der schweißtechnischen Verarbeitung von hoch Mn-haltigen Stählen in Mischverbindung. In Deutschland stehen derzeit mehrere hoch Mn-haltige Legierungskonzepte als Stähle bzw. Schweißzusatzwerkstoffe entweder kommerziell zur Verfügung bzw. kurz vor der Markteinführung. Die Herausforderung für die thermische Fügetechnik liegt in der Integration der FeMn-Stähle in bereits bestehende Konstruktionen aus bewährten hochfesten ferritischen bzw. martensitischen Karosseriestählen. In Abhängigkeit von Fügepartner, Schweißprozess, Zusatzwerkstoff und Aufmischung kann es zu unerwünschten Erscheinungen, wie Martensitbildung, hohe Härte bzw. hohe Härtegradienten als auch schweißbedingter Rissbildung, im Mischschweißgut kommen. Um diese Gefährdungen im Voraus abschätzen und möglichst vermeiden zu können, besteht das Ziel des Vorhabens darin, das im FOSTA-Projekt P1108 entwickelte Konstitutionsschaubild für MSG-Mischschweißverbindungen hoch Mn-haltiger Stähle durch Bereiche zu erweitern, in denen mit für das Schweißgut kritischen Gefügen und Erscheinungen zu rechnen ist. Mit der Angabe dieser Gefährdungsbereiche soll den Anwendern ein hinreichendes Mittel zur Bewertung der Schweißeignung der betreffenden Legierungen und zur Herstellung eines möglichst gefährdungsarmen Schweißgutes bereitgestellt werden (ähnlich dem Schaeffler-Diagramm). Dies erleichtert u. a. die Auswahl und Entwicklung angepasster Zusatzwerkstoffe und Schweißtechnologien für die Verarbeitung der FeMn-Stähle in Mischschweißverbindung. Nutznießer der Ergebnisse sind kmU aus dem Bereich der Zuliefererindustrie der Fahrzeugbranche, die im Rahmen der Prototypenfertigung, aber auch im Serienprozess immer häufiger mit neu entwickelten hochfesten Stählen konfrontiert werden, sowie der Schweißzusatzwerkstoffentwicklung und -herstellung.

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Ziel des Forschungsvorhabens ist das Bestimmen werkstoffspezifischer Eigenschaften additiv gefertigter fertigkonturnaher Strukturen mit dem MSG-Schweißen (CMT) aus vier industriell weit verbreiteten Ni-Basis-Schweißzusätzen (S Ni 7718, S Ni 6617, S Ni 6625, S Haynes 282). Das Projekt schafft Basiswissen für die Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Neben der Klärung der Auswirkungen verschiedener Prozessspezifika auf Nahtunregelmäßigkeiten, Gefüge, mechanische Eigenschaften bei Raum- und erhöhter Temperatur sowie korrosiver Kennwerte soll das Potential weiterentwickelter Legierungskonzepte von handelsüblichen Schweißzusätzen für das WAAM untersucht werden. Ebenso wird der Einfluss vorhandener PWHT-Prozeduren auf Nahteigenschaften und ein mögliches Strain-Age Cracking erforscht. Das Additive Manufacturing erfolgt derzeit bevorzugt mit pulverbettbasierten Strahlschweißverfahren bzw. dem Laser Metal Deposition (LMD) mit Pulver. Die Nutzung des drahtbasierten MSG-Schweißverfahrens bietet grundsätzlich die Möglichkeit, großvolumige Bauteile mit hohen Aufbauratensind zu fertigen.

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Ziel des Forschungsvorhabens ist das Bestimmen werkstoffspezifischer Eigenschaften additiv gefertigter fertigkonturnaher Strukturen mit dem MSG-Schweißen (CMT) aus vier industriell weit verbreiteten Ni-Basis-Schweißzusätzen (S Ni 7718, S Ni 6617, S Ni 6625, S Haynes 282). Das Projekt schafft Basiswissen für die Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Neben der Klärung der Auswirkungen verschiedener Prozessspezifika auf Nahtunregelmäßigkeiten, Gefüge, mechanische Eigenschaften bei Raum- und erhöhter Temperatur sowie korrosiver Kennwerte soll das Potential weiterentwickelter Legierungskonzepte von handelsüblichen Schweißzusätzen für das WAAM untersucht werden. Ebenso wird der Einfluss vorhandener PWHT-Prozeduren auf Nahteigenschaften und ein mögliches Strain-Age Cracking erforscht. Das Additive Manufacturing erfolgt derzeit bevorzugt mit pulverbettbasierten Strahlschweißverfahren bzw. dem Laser Metal Deposition (LMD) mit Pulver. Die Nutzung des drahtbasierten MSG-Schweißverfahrens bietet grundsätzlich die Möglichkeit, großvolumige Bauteile mit hohen Aufbauratensind zu fertigen.

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Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens besteht im Erreichen eines werkstoffspezifischen Eigenschaftsprofils beim generativen Schutzgasschweißen fertigkonturnaher Strukturen aus Standard- und Superduplexstahl. Zur Gewährleistung der im Normenwerk geforderten werkstoffspezifischen Kennwerte ist sowohl eine Technologieanpassung als auch eine Weiterentwicklung der Legierungskonzepte handelsüblicher Schweißzusätze erforderlich. Hierfür erfolgt die systematische Untersuchung der Einflüsse von Schweißdrahtanalyse und Prozessparametern auf die metallurgischen, mechanisch-technologischen und korrosiven Kennwerte des Schweißgutes, um somit die Anwendbarkeit dieser Technologie auch für Duplexstähle sicher zu stellen.
Ein Bedarf für additiv gefertigte Bauteile aus Duplexstahl existiert u. a. für Sonderanfertigungen im Apparate- und Anlagenbau aber auch für korrosionsbelastete Komponenten in Industrieanlagen. Gerade für Duplexstähle stellt die Möglichkeit des Aufschweißens von Stutzen an Behälter oder von Flanschen an Rohrleitungen einen Vorteil für KMU dar, da sie somit von Zulieferfirmen und folglich auch von deren Lieferfristen sowie -qualitäten unabhängig wären.

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Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens besteht in der Ermittlung einer Prozessführung für ein wirtschaftlicheres UP-Schweißen von drei industriell relevanten Vertretern ferritisch-austenitischer Legierungen mit zusätzlicher Drahtzufuhr bei Gewährleistung der im Normenwerk geforderten werkstoffspezifischen Kennwerte. Die aktuell verfügbaren Lean- und Standardduplexstähle gelten bei Beachtung der Verarbeitungshinweise allgemein als gut schweißgeeignet. Mit zunehmenden Legierungsanteilen (Superduplexstahl) und einem hohen Wärmeeinbringen (UP-Schweißen) nimmt die Gefahr der Bildung von unerwünschten intermetallischen Phasen, 475°-Versprödung und Sekundäraustenit in den Schweißnähten signifikant zu. Dies führt zu Nicht-Erreichen von geforderten Kennwerte für mechanisch-technologische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit. Zum Erzielen dem Regelwerk konformer Gütewerte, sollen daher die metallurgischen Potentiale einer zusätzlichen Drahtzufuhr beim UP-Schweißen von ferritisch-austenitischen Stählen untersucht und genutzt werden. Die angestrebte Generierung der gefoderten Kennwerte direkt aus dem UP-Schweißprozess mit zusätzlicher Drahtzufuhr heraus, kann darüber hinaus die Einsparung von zeit- und kostenaufwendigen Wärmenachbehandlungen bei der Herstellung dickwandiger Rohre ermöglichen, was ebenso enorme Zeit- und Kostenersparnisse bringt, da der Glühprozess der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Fertigungskette ist. Die wirtschaftliche Bedeutung der Projektergebnisse für KMU begründet sich vor allem auf Zeit- und Kostenersparnissen bei geringem notwendigen Invest. Die Erhöhung der Abschmelzleistung führt zu schnelleren Schweißgeschwindigkeiten und/oder zu einer Verringerung der Lagenanzahl. Daraus resultieren wiederum die Reduktion der Fertigungszeiten und somit der Maschinenbelegungszeiten.

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Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Ermittlung des Anwendungspotentials basischer Ni-Basis-Fülldrahtelektroden zum wirtschaftlichen MAG-Auftrag- und Verbindungsschweißen von Ni-Basislegierungen.
Im Rahmen vergleichender Betrachtungen mit derzeit gängigen Schweißzusatzwerkstoffen in Form von rutilen bzw. rutil-basischen Fülldrahtelektroden und Massivdrahtelektroden sind Untersuchungen zum Einfluss einer basischen Schlackecharakteristik von Fülldrahtelektroden auf das Schweißverhalten und die Schweißnahtausbildung geplant. Dazu gehören die Bewertung der Verarbeitungseigenschaften, wie der sinnvoll nutzbare Parameterbereich, die erreichbare Abschmelzleistung, der Tropfenübergang und die Schlackeausbildung, sowie die Bestimmung der erreichbaren Schweißnahtgüte beim MAG-Lichtbogenschweißen. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der basischen Elemente im Schweißzusatz auf die schweißmetallurgischen Vorgänge im Schweißbad erforscht. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung des Einflusses der basischen Schlackecharakteristik auf die Heißrissneigung von Ni-Basis-Schweißgütern. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht in der Ermittlung des Anwendungspotentials basischer Ni-Basis-Fülldrahtelektroden zum wirtschaftlichen MAG-Auftrag- und Verbindungsschweißen von Ni-Basislegierungen.

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Das Ziel des Vorhabens besteht in der Gefüge- und Eigenschaftsvorhersage für das Schweißen von Mischverbindungen aus austenitischen hochmanganhaltigen und ferritischen bzw. martensitischen Stählen. Bestehende Konstitutionsschaubilder zur Gefügevorhersage, wie das Schaeffler- oder WRC 1992-Diagramm, lassen sich dafür nicht einsetzen, da der Einfluss des hohen Mn-Gehaltes der Fe-Mn-Stähle im Nickel-Äquivalent nicht ausreichend berücksichtigt ist. Deshalb sollen im Vorhaben zwei abkühlzeitabhängige Konstitutionsschaubilder entwickelt werden, die die Prozessspezifika des MSG- und Laserstrahlschweißens berücksichtigen. In Verbindung mit den statischen und dynamischen Prüfungen der Schweißverbindungen wird ein hinreichendes Mittel zur quantitativen Vorhersage des Gefüges, insb. des Martensitanteils, im Schweißgut geschaffen und zur Prognose der Auswirkungen dieser Gefügebestandteile auf die Verbindungseigenschaften geschaffen. Dies erleichtert u. a. die Entwicklung angepasster Zusatzwerkstoffe für die Verarbeitung hochmanganhaltiger Stähle in Mischverbindung. Nutznießer der Ergebnisse sind kmU aus dem Bereich der Zuliefererindustrie der Fahrzeugbranche, die im Rahmen der Prototypenfertigung, aber auch im Serienprozess immer häufiger mit neu entwickelten hochfesten Stählen konfrontiert werden, sowie der Schweißzusatzwerkstoffentwicklung und -herstellung.

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Zur geforderten Flexibilitätssteigerung von thermischen 600°C Kraftwerken eignen sich besonders hochwarmfeste Ni- und Fe-Legierungen, wie alloy 617B, alloy C-263, alloy 800H. Schweißanwendungen dieser Werkstoffe in der praktischen Erprobung zeigen, dass dickwandige Bauteile eine verringerte Toleranz gegenüber auftretenden (Mikro)-Heißrissen aufweisen. Starke, sich überlagernde thermische und mechanische Betriebswechsellasten bergen die Gefahr eines Wachstums dieser Heißrisse zu Makrorissen und können dadurch die Lebensdauer von Anlagenkomponenten reduzieren. Auch ist der zerstörungsfreie Nachweis dieser Mikrodefekte in dickwandigen Schweißungen aktuell nicht zuverlässig möglich. Das Ziel des Vorhabens besteht daher in der Erforschung der Auswirkungen schweißbedingter Heißrisse unter dem Aspekt der thermisch-mechanischen Wechsellastfähigkeit / Betriebsfestigkeit von Kraftwerken mit dickwandigen Komponenten aus o.g. Legierungen auf die Lebensdauer und in der Ermittlung ihrer Nachweisgrenzen bei Anwendung zerstörungsfreier Prüfmethoden.

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Das Ziel des Forschungsprojektes besteht in der Reduzierung des Wasserstoffeintrages und der Kaltrissvermeidung in höherfesten Schweißverbindungen durch geeignete Wärmeführungen (vor, während und nach dem Schweißen) beim MAG-Schweißen mit modifizierten Sprühlichtbogen. Hierzu wird der prozessspezifische aufgenommene Wasserstoff in Ein- bzw. Mehrlagenschweißungen quantifiziert.
Die Forschungsstelle OvGU Magdeburg strebt an, Ergebnisse zum Einfluss der Lichtbogenlänge, des Kontaktrohrabstandes und des Schweißstromes auf den Wasserstoffeintrag beim Einlagenschweißen zu erarbeiten. In diesem Zusammenhang ergibt sich gleichzeitig ein dringender normativer Handlungsbedarf. So soll deshalb zur Ermittlung des diffusiblen Wasserstoffs in den Schweißungen eine prozessspezifische Adaption der für das Schweißen mit mod. SLB notwendigen standardisierten Prüfprozeduren gemäß DIN EN ISO 3690 erzielt werden. Diese Forschungsstelle wird schließlich das Kaltrissverhalten anhand von Einlagenschweißungen mit dem fremdbeanspruchten Implant-Test  nach  DIN EN ISO  17642-3  ermitteln. Der  Fokus  liegt  hierbei  auf  der  quantitativen Bestimmung der risskritischen Wasserstoffkonzentration unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten prozessspezifischen Einflussgrößen des mod. SLB beim Einlagenschweißen höherfester Feinkornbaustähle. Ergebnis ist hier der funktionale Zusammenhang zwischen Implantspannung und Wasserstoffkonzentration.

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Das Forschungsziel besteht in der Klärung metallurgischer und technologischer Zusammenhänge zur Erhöhung der Sicherheit gegenüber metallurgischer Porenbildung im Schweißgut von dickwandigen Bauteilen aus Superduplexstahl (SDSS) beim Metallschutzgas- und Unter Pulver-Schweißen bei gleichzeitiger Absicherung der geforderten mechanisch-technologischen Gütewerte und Korrosionsbeständigkeit. SDSS-Komponenten, wie z.B. Pumpen, Ventile, Rohre, finden aufgrund ihrer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit sowie ihrer hohen Festigkeit in verschiedenen Wirtschaftszweigen, wie der On- und Offshore-Industrie und dem Chemischen Anlagenbau erfolgreich Anwendung. Beim Schweißen dieser Stähle offenbarte sich aktuell jedoch das Problem einer unzulässig starken Porenbildung. Die Forschungsergebnisse sollen in die Produktion von Schweißzusätzen und Schweißhilfsstoffen (Schutzgase, Pulver) und in vorhandene Schweißanweisungen sowie Verarbeitungs- und Konstruktionsvorgaben einfließen.

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Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, Wege aufzuzeigen, die Schweißeignung von wirtschaftlich relevanten Ni-Basis-Sandform- und Schleudergusslegierungen (alloy 59, alloy 625, alloy 617) zu verbessern. Im Rahmen dessen wird zum einen untersucht, inwieweit sich das Gefüge der Gusslegierungen durch Veränderungen im Gießprozess bzw. durch geeignete Wärmenachbehandlungen positiv beeinflussen lässt, um so den Reinheitsgrad zu erhöhen und die Korngröße sowie Seigerungen bzw. evtl. vorhandene intermetallische Phasen der Gusslegierungen zu reduzieren. Die Heißrissbeständigkeit der verschiedenen Ausgangszustände wird dabei mittels PVR-Test und Gleeble® 3500-Untersuchungen bestimmt. Zum anderen werden die Einsatzpotentiale von Standardtechnologien, die zum Schweißen von Ni-Basis-Blechwerkstoffen Einsatz finden (WIG, MAG-ILB), zum Gewährleisten heißrissfreier Verbindungsschweißungen ermittelt. Unter der Maßgabe, dass die Standardtechnologien zu keinen qualitätsgerechten Schweißnähten führen, werden neue Technologien für das Schweißen der Ni-Basis-Gusslegierungen erarbeitet, die der erhöhten Heißrissgefahr der Schweißverbindungen Rechnung tragen. Dazu gehören der Einsatz der modifizierten Kurzlichtbogentechnik beim MSG-Schweißen und das EB-Schweißen, ggf. mit Drahtzugabe. Gesamtziel ist es, eine Erhöhung der Qualität, Produktivität und der Prozesssicherheit bei der Fertigung von geschweißten Bauteilen aus Ni-Basis-Gusswerkstoffen zu erreichen.

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Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung einer praxistauglichen fremdbeanspruchten Kaltrissprüfmethodik zur objektiven Bewertung des Risikos einer wasserstoffunterstützten verzögerten Kaltrissbildung beim Schweißen warmumgeformter höchstfester borlegierter Vergütungsstähle im Dünnblechbereich. Im Vordergrund stehen dabei die Qualifizierung der Prüfmethodik für Widerstandspunkt-, MAG- und Laserstrahl-Schweißungen sowie die Prüfung ihrer Übertragbarkeit auf weitere höchstfeste Stahlwerkstoffe. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben, die in Form einer Risikomatrix aufbereitet werden, sollen die Abschätzung einer potentiellen Gefährdung durch Wasserstoff beim Schweißen an den verschiedenen Fertigungs- und Beschichtungsvarianten des pressgehärteten borlegierten Stahles 22MnB5 ermöglichen.

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Das Ziel des Projektes besteht in der qualitätssicheren Herstellung von Elektronenstrahl (EB)-Schweißnähten an dickwandigen Bauteilen aus Lean- und Standard-Duplexstahl  in Walz- und Gussqualität ohne Schweißzusatz und Lösungsglühen durch die Entwicklung einer an die metallurgischen Besonderheiten dieser Werkstoffgruppe angepassten innovativen EB-Mehrprozesstechnologie. Wesentliche Qualitätskriterien bilden hierbei das Erreichen ausgewogener Austenit-Ferrit-Verhältnisse und das Gewährleisten der geforderten mechanisch-technologischen Gütekennwerte sowie der notwendigen Korrosionsbeständigkeiten.

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Das Ziel des Forschungsprojektes besteht in der Erhöhung der Heißrisssicherheit beim wirtschaftlichen MAG-Verbindungsschweißen von hoch Ni-haltigen Legierungen (alloy 625, alloy 617, alloy 600H, alloy 800H sowie alloy 59) im Dünn- und Dickblechbereich durch die Nutzung der innovativen wärmereduzierten MAG-Verfahrenstechnik mit modifiziertem Kurzlichtbogen. Gleichzeitig sind jedoch auch die in den Regelwerken festgelegten Qualitätsanforderungen im Hinblick auf weitere innere und äußere Nahtunregelmäßigkeiten, wie z.B. Bindefehler, Poren, Kerben und unzulässige Nahtgeometrien sowie im Hinblick auf die geforderten mechanisch-technologischen Güte­werte und Korrosionsbeständigkeiten zu gewährleisten. Zur Abschätzung der Heißrissneigung wird der Programmierte-Verformungsriss-Test genutzt.

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Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Steigerung der Härte und der Verschleißbeständigkeit von Aluminiumoberflächen u. a. auch bei Einsatzbedingungen mit erhöhter Temperaturbeanspruchung. Dazu soll eine Verschleißschutzschicht auf Nickelbasis mit oder ohne Hartstoffverstärkung verwendet werden. Da ein direktes Aufbringen der Nickelschicht auf das Aluminium wegen der Ausbildung verschiedener intermetallischer Phasen aus metallurgischer Sicht nicht sinnvoll erscheint, ist die Verwendung einer kupferbasierten Haftschicht geplant. Diese soll sowohl metallurgisch als auch im Hinblick auf die unterschiedlichen Schichteigenschaften (z. B. Härte, Wärmedehnung etc.) als Pufferschicht zwischen Hartschicht und Grundwerkstoff fungieren. Zur Herstellung eines entsprechenden Verbundschichtsystems Grundwerkstoff-Haftschicht-Hartschicht mithilfe des Plasma-Pulver-Auftragschweißens sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Beschichtungsmöglichkeiten untersucht sowie Verfahrensgrenzen aufgezeigt und ggf. erweitert werden. Dazu werden geeignete Zusammensetzungen der Haft- und Hartschichten entwickelt sowie die Prozessparameter für die schweißtechnische Verarbeitung entsprechend optimiert. Die Untersuchungen werden für verschiedene, technisch bedeutende Aluminiumguss- und -knetlegierungen durchgeführt. Mithilfe dieses Forschungsvorhabens sollen die Einsatzmöglichkeiten von Aluminiumlegierungen ausgeweitet werden, sodass in verschiedensten Bereichen eine Substitution von Stahlbauteilen durch Aluminiumbauteile ermöglicht wird. Durch die angestrebten umfassenden Nutzungsmöglichkeiten der zu entwickelnden Technologie kann somit eine Vielzahl insbesondere klein- und mittelständischer Unternehmen von dem geplanten Forschungsvorhaben profitieren.

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Das wesentliche Ziel des Forschungsprojektes ist die grundsätzliche Klärung der Schweißeignung von speziell für den Automobilbau entwickelten hochfesten vollaustenitischen Fe-Mn-Stählen. Im Vordergrund stehen dabei die verschiedenen Verfahrensvarianten des MAG-Schweißens und das Laserstrahlschweißen unter Berücksichtigung der für den Automobilbau charakteristischen Fertigungs- und Betriebsbedingungen. Bislang fehlende, jedoch im Rahmen dieses Projektes zu erarbeitende Erkenntnisse zu den werkstoffspezifischen und schweißmetallurgischen Vorgängen in Abhängigkeit der für das Schmelzschweißen charakteristischen thermischen Zyklen liefern die dafür notwendige Basis.

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Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Erhöhung der Qualität und Reprodu­zierbarkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen aus austenitischen und verzinkten ferritischen Stahlfeinblechen mit höheren Festigkeiten und max. 1,5 mm Dicke durch die Klärung des Einflusses der Legierungskonzeptes der zu schweißenden Werkstoffe und der verfahrenstechnischen Größen auf die Gefügeausbildung in den Mischverbindungen. Im Weiteren werden Empfehlungen zu optimalen Beschichtungszuständen abgeleitet, die auf der Basis von Forschungsergebnissen zum Einfluss der Dicke bzw. Art der Verzinkung auf die Qualität der Mischverbindungen zu erarbeiten sind.

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Das Forschungsziel besteht darin, gesicherte Erkenntnisse zu den werkstoffspezifischen und schweißmetallurgischen Vorgängen in Schweißverbindungen des austenitischen hochlegierten Tiefziehstahles Nirosta H400 in Abhängigkeit der für das Lichtbogen- und Laserstrahlschweißen charakteristischen thermischen Zyklen zu erarbeiten. Diese sind sowohl für den Anlieferungs- als auch für den kaltverformten Zustand mit definierten Verfestigungen von wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Bedeutung. Weiterhin soll unter Berücksichtigung der für den Automobilbau charakteristischen Fertigungs- und Betriebsbedingungen eine praxisnahe Technologieweiterentwicklung für das MAG-Schweißen erfolgen, da es sich bei diesem Schweißprozess um ein Verfahren handelt, welches sich beim Schweißen von nichtrostenden Stählen in kmU und im Automobilbau etabliert hat.

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Das Ziel des Kooperations-Forschungsvorhabens war die Klärung grundlegender Zusammenhänge zwischen dem Aufmischungsgrad und der Heißrisssicherheit sowie den mechanischen und korrosiven Eigenschaften von Schweißnähten an einem Superduplexstahl der Werstoff-Nr. 1.4501. Eingesetzte Schweißwerkstoffe bei den Untersuchungen waren:

• SG-X2CrNiMoCuW25-9 (Thermanit 25/09 CuT)
• SG-X2CrNiMnMoN25-22-5-5 (Thermanit 26/22/5)
• SG-NiCr22Mo10W3 (Phyweld NCW)
• SG-NiCr20Fe14Mo11WN (Nicrofer S 5020)
• SG-NiCr23Mo16 (Nicrofer S 5923)

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Untersucht wurden die Systemanforderungen für die Nutzung eines niederfrequenten Drahtpulses zum prozesssicheren Verarbeiten von Drahtelektroden aus hochlegierten Cr-Ni-Stählen und Nickelbasis-Werkstoffen. Diese Werkstoffe reagieren empfindlich auf Abriebverschmutzungen im Stromkontaktrohr. Die Folge sind Prozessstörungen in Form von starken Lichtbogenbewegungen, Schweißparameterschwankungen und Spritzerbildungen insbesondere bei großen Einschaltdauern und erhöhten Abschmelzleistungen. Im Hinblick darauf istfür verschiedene Schweißzusätze geklärt worden, bei welchen Drahtpuls-Frequenzen und welchen Vorschubänderungen optimale störungsfreie Drahtdurchläufe und beste Schweißnahtqualitäten erreichbar sind.

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Das Ziel des Forschungsprojektes besteht sowohl in der Klärung der Ursachen als auch in der Untersuchung der Möglichkeiten zur Vermeidung von Heißrissen im WIG- und MSG-Schweißgut von ausgewählten relevanten hochwarmfesten Ni-Basislegierungen über das Element Stickstoff. Hierfür wird das Element Stickstoff als Schutzgaskomponente zum inerten Basisgas Argon und als Legierungselement im Schweißzusatz der Lichtbogenatmosphäre und dem Schweißbad zugeführt. Damit ist gewährleistet, dass die Stickstoffzufuhr an den relevanten Schnittstellen Lichtbogenatmosphäre sowie zusatzwerkstoff- und grundwerkstoffseitiges Schmelzbad erfolgt. Die Untersuchungen erfolgen unter Verwendung geeigneter praxisrelevanter vollaustenitischer Schweißzusätze.

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Beim Metall-Schutzgasschweißen (MSG-Schweißen) mit hochlegierten Drahtelektroden wird der Prozess manchmal instabil. Die Ursachen hierfür sind nicht eindeutig bekannt. Sie werden vor allem in örtlichen Besonderheiten der inneren und äußeren Beschaffenheit der jeweiligen Drahtelektrode vermutet. Welche Merkmale dabei ausschlaggebend sind und durch welche konkreten Vorgänge die Prozessinstabilitäten ausgelöst werden, weiß man bisher nicht.
Aus diesem Grunde wird untersucht, durch welche spezifischen Merkmale verschiedene Varianten von hochlegierten Schweißzusätzen auf Eisen- und Nickelbasis gekennzeichnet sind und wie sie sich im Schweißprozess verhalten. Als Versuchsmaterialien stehen 24 Drahtelektrodensorten zur Verfügung, davon 17 Sonderanfertigungen für das Forschungs-projekt. Mit den neuen Sorten sollen spezielle Behandlungszustände näher untersucht werden, die möglicherweise zu Qualitätsverbesserungen bei den handelsüblichen Erzeugnissen führen könnten.
Die Forschungsarbeit soll vertiefende Erkenntnisse über mögliche auslösende Faktoren der Prozessinstabilitäten erbringen. Außerdem werden wissenschaftlich begründete Ansätze für eine verbesserte Drahtherstellung angestrebt.

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Das Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, durch die Prüfung geschweißter Verbindungen von hochwarmfesten hochkorrosionsbeständigen Fe- und Ni-Basislegierungen unter Metal Dusting-Bedingungen dieser katastrophalen Korrosionserscheinung als Problem künftig besser zu begegnen und auf diese Weise die Qualität der schweißtechnischen Verarbeitung sowie die Lebensdauer geschweißter Erzeugnisse zu erhöhen. Die den Betreibern und Herstellern von Anlagen bzw. Apparaten der chemischen und petrochemischen Industrie mit Aufkohlungsatmosphären ac >> 1 zur Verfügung stehenden Ergebnisse sollen einerseits die Anwendung optimierter Schweißtechnologien für die Herstellung qualitativ hochwertiger schutzgasgeschweißter Verbindungen der gewählten Versuchswerkstoffe gewährleisten und andererseits Angaben bzw. Kennwerte zum Langzeitverhalten der geschweißten Nähte in Verbindung mit verschiedenen Nachbehandlungsmöglichkeiten im Hinblick auf Metal Dusting sowie auf Zeitstand-Warmfestigkeitseigenschaften liefern.

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Das Forschungsvorhaben untersuchte die schweißtechnische Verarbeitbarkeit neuer korrosionsbeständiger hochlegierter Materialien, die den Legierungssystemen Fe-Ni-Cr-Si und Ni-Cr-Fe-Si angehören und infolge ihres hohen Si-Gehaltes (bis 8% Si) beim Schweißen hohe Anforderungen stellen. Als relevante Typenvertreter wurden der austenitische Sonderedelstahl X1 NiCrSi 24 9 7 (Werkstoff-Nr. 1.4390) und die Ni-Basislegierung NiCr28FeSiCe (Werkstoff-Nr. 2.4889) unter Gebrauch verschiedener Schweißprozesse verarbeitet. Im Ergebnis der Untersuchungen musste die Schweißeignung beider Materialien insgesamt als bedingt eingestuft werden. Im Rahmen des Vorhabens gelang es jedoch, für jeden Werkstoff spezifische Schweißbedingungen zu erarbeiten, die eine qualitätssichere Verarbeitung gewährleisten.

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Im Rahmen dieses über die Auftragsforschung-West-Ost geförderten Forschungsprojektes wurden eine Reihe von Schweißeignungsuntersuchungen zu verschiedenen innerhalb des letzten Jahrzehntes entwickelten Sonderedelstählen und Ni-Basislegierungen durchgeführt. Es wurden schweißtechnische und werkstoffkundliche Untersuchungen u.a. an den folgenden Werkstoffen realisiert:

• Nicrofer 2509 Si 7 - alloy 700 Si (Werkstoff-Nr. 1.4390
• Nicrofer 45 TM - alloy 45 TM (Werkstoff-Nr. 2.4889)
• Nimofer 6629 - alloy B-4 (W.-Nr. 2.4600)
• Nicrofer 6025 HT - alloy 602 CA (W.-Nr. 2.4633)
• Nicrofer 6125 GT - alloy 603 GT (Werkstoff-Nr. 2.4692

mit den Verfahren WIG, MIG/MAG, UP und Laser. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind in verschiedenen Berichten zusammengefasst.

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Ein wesentliche Schwachstelle für das Automatisieren des Schweißens ist, dass Überwachungsgrößen für eine Qualitätssicherung während des ablaufenden Schweißprozesses nicht oder nur eingeschränkt verfügbar sind. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, am Beispiel des MAG-Dünnblechschweißens solche Überwachungsgrößen im Ergebnis einer tiefgründigen Analyse der Schweißprozesssignale zu definieren sowie auf ihre Eignung für die automatische Qualitätsbeurteilung zu untersuchen. Das Forschungsergebnis ist durch Überwachungsgrößen gekennzeichnet, die Veränderungen der Nahtqualität über die analysierten Zusammenhänge zwischen Signalverhalten und Schweißnahtqualität sofort und in guter Qualität anzeigen. Die Forschungsergebnisse sind für die Realisierung einer schweißprozessbegleitenden automatischen Qualitätssicherung von grundlegender Bedeutung. Direkte Anwendungsmöglichkeiten bestehen bei der MAG-Dünnblechschweißung. Die Analysenmethodik ist auf weitere Schweißverfahren und Anwendungsfälle übertragbar.

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In diesem Forschungsvorhaben wurden an drei verschiedenen hochlegierte Stählen mit den Werkstoff-Nr. 1.4003, 1.4571 und 1.4462 auf der Grundlage ermittelter Resultate der Ab- und Zubrandverhältnisse von reinen Schweißgutproben der verwendeten Schweißzusätze (Massiv- und Fülldrahtelektroden) Untersuchungen zu werkstoffangepaßten Schweißbedingungen unter Einsatz der MAG-Impulstechnik an 5 mm dicken Blechen durchgeführt. Auf der Basis dieser umfangreichen Untersuchungen sowie der Bewertung der Schweißnähte auf innere und äußere Nahtfehler, der Ermittlung der mechanisch-technologischen Gütewerte und der Auswertung der Gefügeuntersuchungen wurden technologische Empfehlungen zur schweißtechnischen Verarbeitung dieser Stähle getroffen.

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Gegenstand dieses Forschungsprojektes war es u.a. die Eignung einer neu entwickelten Pendeleinrichtung zum automatischen Schutzgasschweißen zu überprüfen und Zusammenhänge zwischen den stellbaren Pendelparametern aufzudecken. Besonders die Verdeutlichung der Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Pendelparametern und deren Wichtung ermöglicht eine weitere Verbesserung der Steuerung hinsichtlich der Reduzierung der Stellmöglichkeiten. Die Auswertung der verschiedenen Schweißversuche ermöglichte die Ableitung von Verbesserungsmöglichkeiten sowohl am Steuerteil als auch am mechanischen Pendelsystem eines Prototyps der Hybridpendelvorrichtung der Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH.

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An vier verschiedenen hochlegierten Hochleistungswerkstoffe wurden schweißtechnische Untersuchungen gemäß den Anforderungen der Praxis durchgeführt:

• X2CrNiMnMoN24-17-6-4, Werkstoffe-Nr. 1.4565S
• NiCr28FeSiCe, Werkstoffe-Nr. 2.4889
• NiCr23Fe, Werkstoffe-Nr. 2.4851
• NiCr25FeAlY, Werkstoffe-Nr. 2.4633

Untersucht wurden die zweckmäßigen Schweißbedingungen, insbesondere die Auswahl der Impulsparameter und der Schutzgasmischungen, um korrosionsbeständige und risssichere Schweißverbindungen zu erlangen sowie die erzielten Eigenschaften der Schweißnähte denen der Grundwerkstoffe anzunähern.

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