AiF / IGF 16518 N

Schweißen von kaltumgeformten Bauteilen - Kriterien für die Werkstoffauswahl

AiF / IGF 16518 N

Im Stahlbau und im Anlagenbau ist es gängige Praxis, dass Stahlprofile jeglicher Art durch Kaltumformen hergestellt werden. Das Kaltumformen kann z.B. an Blechen durch Schwenk-oder Gesenkbiegen ausgeführt werden. Eine der häufigsten Fügemethode im Stahlbau ist das Lichtbogenschweißen. Somit ist es häufig unumgänglich, dass kaltumgeformte Bauteile im Bereich der Kaltumformung verschweißt werden. Durch das Forschungsvorhaben sollten die vorhandenen Regeln für das Schweißen im kaltumgeformten Bereich in Bezug auf die heute verfügbaren Stähle überprüft und vereinheitlicht werden.

Dazu wurden zuerst die aktuelle Normungssituation und die Grundlagen der Problemstellung erarbeitet. Hierbei wurde besonders die theoretische Berechnung des Kaltumformgrades bei Blechen betrachtet. In einem nächsten Schritt wurde eine sinnvolle Materialauswahl getroffen, bei der ein besonderes Augenmerk auf der Kerbschlagarbeit lag. Entsprechend den heutigen Anwendungsfällen wurde dann ein Versuchskonzept zur Durchführung von Sprödbruchversuchen entwickelt.

Experimentell wurde das Verhalten von kaltumgeformten und geschweißten Bauteilen bei tiefen Einsatztemperaturen erprobt.

• Es wurden 20 Sprödbruchversuche an kaltumgeformten und geschweißten Blechen aus S355J2 durchgeführt. Bei den Versuchskörpern wurden die Umformradien variiert und somit sehr große und kleine Umformgrade untersucht.
• Die Versuche zeigen, dass mit zunehmendem Kaltumformgrad die Sprödbruchgefahr bei tiefen Temperaturen zunimmt.

Parallel zu der Fertigung der Versuchskörper wurde eine Reihe von Prozessparametern an Referenzproben ermittelt. Diese Parameter sind in die Simulation der einzelnen Prozessschritte eingeflossen und dienten zur Verifikation der FE-Modelle. Ein durchgängiger Simulationsansatz hat dazu geführt, dass es möglich war, die Verschiebungen am FE-Netz aus der Umformsimulation in die Schweißsimulationsumgebung zu übergeben.

Auf Grundlage weiterer FE-Simulationen wurden bruchmechanische Berechnungen durchgeführt, um die Ergebnisse der Sprödbruchversuche zu bewerten.

Schließlich wurden parallel zu den einzelnen Fertigungs- und Simulationsschritten metallurgische Untersuchungen an den verwendeten Stählen durchgeführt. Diese Erkenntnisse sind wiederum in die Simulation zum Sprödbruchversagen der Bauteile eingeflossen.

Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart
Leiterin der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann

Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. (FH) Konrad Kudla

Dieses IGF-Vorhaben des Deutschen Ausschusses für Stahlbau (DASt) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Für die Förderung des Foschungsvorhabens danken wir ebenfalls:

• Max Bögl Stahl- und Anlagenbau GmbH & Co. KG; Neumarkt i. d. Oberpfalz
• Christmann & Pfeifer Brückenbau GmbH & Co. KG; Bad Homburg
• Otto Klostermann GmbH; Castrop-Rauxel

Von 2010 bis 2014

FOSTA P645