P 1227 – Fügen von Duplexstählen mittels Laserstrahl-UP-Hybridschweißen (IGF-Nr. 20736 N)

Ziel des Forschungsvorhabens war die prozesssichere und effiziente Herstellung hochwertiger Schweißnähte am Duplexstahl 1.4462 (bis zu 30 mm Dicke) mittels Laserstrahl-UP-Hybridschweißen. Während der Schweißprozessentwicklung wurden Variationen von Parametern wie Laserstrahlleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Pendelamplitude durchgeführt. Die Schweißverbindungen wurden anhand von Normen bzw. Regularien hinsichtlich der metallurgischen und mechanischen Eigenschaften evaluiert. Zur Schweißnahtqualifizierung kamen Querschliffe, EDX-Analysen, Gefügeanalysen, Kerbschlagbiegeprüfungen, Zugprüfungen und Korrosionsuntersuchungen zum Einsatz. Als Ergebnis konnten effiziente Hochleistungsschweißprozesse mit einer Laserstrahlleistung von bis zu 16 kW und einer UP-Leistung von 15 kW bei einer Schweißgeschwindigkeit von bis zu 1,0 m/min erreicht werden. Die erzeugten Schweißverbindungen erfüllen größtenteils den geforderten Austenitgehalt von 30 %, eine geforderte Kerbschlagarbeit von mindestens 40 J bei einer Prüftemperatur von -40 °C und zeigen eine anforderungsgerechte Korrosionsbeständigkeit.

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P 1318 – Steigerung der Werkstoff- und Ressourceneffizienz beim Einsatzhärten durch beanspruchungskontrollierte Kohlenstoff- und Härteprofile (IGF-Nr. 51 EWBR)

Im Forschungsvorhaben wurde ein Konzept zur numerischen Ermittlung von beanspruchungskontrollierten Ziel- und Prozessgrößen für das thermochemische Verfahren der Einsatzhärtung entwickelt. Dabei berücksichtigt das Konzept den tatsächlichen Beanspruchungszustand im versagenskritischen Bereich von Stahlbauteilen. Zielgrößen des Einsatzhärtens werden für diesen Bereich definiert, und die Generierung von Prozessparametern erfolgt unter Berücksichtigung der Bauteilgeometrie. Dies ermöglicht eine signifikante Reduzierung der erforderlichen Aufkohlungs- und Einsatzhärtungstiefen sowie der Gesamtprozesszeiten. Die Validierung an Wellenproben aus dem Einsatzstahl 16MnCrS5 mit verschiedenen Formkerben zeigte eine erhebliche Zeitersparnis von 53 % bis 61 % im Vergleich zur herkömmlichen Einsatzhärtung. Schwingversuche bestätigten, dass die beanspruchungskontrollierte Einsatzhärtung keine negativen Auswirkungen auf die Beanspruchbarkeit der Wellenproben hat. weiterlesen

P 1348 – Methodenentwicklung zur Versagensanalyse aufgrund der Aushärtung vorgeschädigter Klebverbindungen in stahlintensiven Mischbaustrukturen (IGF-Nr. 20665 N)

Das Voranschreiten der metallischen Mischbauweise für leichtere und effizientere Produkte erfordert neue Ansätze in der Auslegung von gefügten Mischbaustrukturen mit unterschiedlichen Werkstoffen. Insbesondere spielen dabei Klebverbindungen mit warmhärtenden, strukturellen 1 K Klebstoffen auf Epoxidharzbasis eine zentrale Rolle, da sie während des Fertigungsprozesses bei hohen Temperaturen aushärten. Die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Fügepartner führen zu mechanischer Beanspruchung der Klebschicht, die von Materialeigenschaftsveränderungen bis hin zur Schädigung reicht. Bei einer darauf folgenden Belastung zeigt die Klebverbindung neben der Vorschädigung eine Änderung der Festigkeit in Abhängigkeit von der Deformationshistorie während des Fertigungsprozesses.
Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Methode zur Versagensanalyse von Strukturklebverbindungen in metallischen Mischbaustrukturen unter Crashbelastung mit Vorschädigung aufgrund der Aushärtung. Dabei wird der Einfluss des Fertigungsprozesses auf die mechanischen Eigenschaften der Klebschicht berücksichtigt. Um eine präzise Auslegung metallischer Leichtbaustrukturen zu ermöglichen, strebt das Projekt eine verbesserte Prognosegüte für die Crashanalyse an. Hierfür wird eine experimentelle Prüfmethodik entwickelt, die die relevanten Materialeigenschaften sowohl während des Fertigungsprozesses als auch bei Folgebeanspruchung charakterisiert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Weiterentwicklung des Toughened Adhesive Polymer (TAPO) Modells, um die Vorschädigung und den Einfluss des Fertigungsprozesses in der Crashberechnung zu integrieren. Dies ermöglicht Ingenieurbüros, oft kleine und mittlere Unternehmen (KMU), eine optimale Auslegung gefügter Strukturen. weiterlesen

P 1379 – Ermittlung von Grenzformänderungskurven bei erhöhten Temperaturen (IGF-Nr. 20577 BR)

Das Projektziel war die Entwicklung einer neuen Methode zur reibungsfreien Ermittlung von Grenzformänderungskurven für Warmumformprozesse. Nach umfangreicher Recherche wurden Prüfkonzepte und Probengeometrien identifiziert. Unter Nutzung einer vorhandenen Biachszugprüfmaschine wurden neue Probenformen, die mit der uniachsialen Zugbelastung, der plane strain Belastung und der äquibiachsialen Zugbelastung die drei wesentlichen Punkte der FLC widerspiegeln, mit Hilfe numerischer Simulationen entwickelt. Zwei Mangan-Bor-Stähle, 22MnB5 und 34MnB5, wurden ausgewählt und ihr temperatur- und dehnratenabhängiges Materialverhalten bestimmt. Die numerische Auslegung des Prüfprozesses erfolgte für verschiedene Belastungen, und die Biachszugprüfmaschine wurde angepasst. Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung reibungsfreier temperaturabhängiger Grenzformänderungskurven wurden durchgeführt und am Demonstratorbauteil "B-Säulenfuß" experimentell und numerisch verifiziert. Die Forschungsergebnisse sind insbesondere für Unternehmen im Werkzeug- und Automobilbau sowie deren Zulieferer von Bedeutung, da sie genauere Kennwerte für die numerische Auslegung von Blechwarmumformprozessen liefern. weiterlesen

P 1389 – Erhöhte Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen in der Windenergie durch Festwalzen (IGF-Nr. 20626 N)

Um die energiepolitischen Ziele zu erreichen, ist der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland unabdingbar. Insbesondere der Ausbau der Windenergie, wird eine entscheidende Rolle spielen. Zukünftig sollen Offshore-Windenergieanlagen einen bedeutenden Beitrag leisten. Um diesen Ausbau zu fördern, sind technische Innovationen notwendig, insbesondere bei der wirtschaftlichen Bauweise von geschweißten Stahlkonstruktionen, wie beispielsweise Monopiles.
In diesem Projekt wurde der etablierte Festwalzprozess aus dem Maschinenbau auf geschweißte Grobbleche übertragen, um Materialersparnisse bei gleichbleibender Ermüdungsfestigkeit zu erzielen. Dieser Prozess eignet sich insbesondere für die automatisierte Fertigung von Monopiles. Der Fokus lag dabei auf den durch den Festwalzprozess induzierten Eigenschaften in Geometrie, Oberfläche und Randzone. Insbesondere der Eigenspannungszustand, der die Ermüdungsfestigkeit von Stahlbauteilen beeinflusst, wurde detailliert untersucht. Die Auswirkungen des Festwalzprozesses auf den Eigenspannungszustand geschweißter Proben wurden quantifiziert, und zulässige Beanspruchungen wurden ermittelt, um die Stabilität des Eigenspannungszustands zu gewährleisten.
Das übergeordnete Ziel des Projekts, die Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Stahlblechen durch den Festwalzprozess zu quantifizieren, wurde durch experimentelle Untersuchungen erfolgreich nachgewiesen.

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