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Neue Erkenntnisse zur Erstarrungsrissbildung beim Stahlschweißen

Im EU-geförderten MINTWELD-Projekt wurde erforscht, warum es beim Schweißen von Stahl zu Erstarrungsrissbildung kommt, die wiederum zu Strukturversagen führen kann, sollte sie nicht erkannt werden. Somit stellen Erstarrungsrisse für die Industrie und das Baugewerbe ein großes Problem dar – doch im Forschungsprojekt konnte ein neuer Durchbruch verzeichnet werden.
Neue Erkenntnisse zur Erstarrungsrissbildung beim Stahlschweißen
In einer neuen Studie, die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht wurde, kommen Forscher von der ingenieurwissenschaftlichen Fakultät der britischen Universität Leicester zu dem Schluss, dass sich Erstarrungsrisse ausbreiten, indem sich mikroskopische Poren im Kristallgitter des erstarrenden Schmelzbades miteinander verbinden. Wesentlich ist dabei, dass die Bildung von Erstarrungsrissen in Stahl hier erstmals von Forschern beobachtet wurde, die so feststellen konnten, warum die Legierung bei diesem Vorgang brechen kann.

„Das Schweißen stellt die wirtschaftlichste und effektivste Möglichkeit dar, Metalle dauerhaft miteinander zu verbinden, und ist als Verfahren in der Fertigungsindustrie von entscheidender Bedeutung“, sagte Professor Hong Dong von der Universität Leicester, einer der Autoren der Studie. „Es wird geschätzt, dass weltweit 50 % aller Haushaltsgeräte und Maschinenbauprodukte geschweißte Verbindungen enthalten. In Europa unterstützt die Schweißindustrie traditionell die verschiedensten Unternehmen aus Sektoren wie dem Schiffs-, Pipeline- und Fahrzeugbau sowie der Luft- und Raumfahrt, dem Verteidigungssektor und dem Baugewerbe. Erstarrungs- bzw. Heißrissbildung ist eines der Probleme, die bei der Metallverarbeitung, etwa beim Schweißen, Gießen oder bei der generativen Fertigung (Metall-3D-Druck), am häufigsten auftreten.“

Das Team konnte drei Tage lang eine Röntgen-Strahllinie des Synchrotrons der „European Synchrotron Radiation Facility“ (ESRF) im französischen Grenoble nutzen, um die Rissbildung in Echtzeit zu beobachten und zu Ergebnissen zu kommen. Dank hochmoderner Röntgen- und Bildgebungsverfahren, die mit einem Synchrotron nutzbar werden, konnte das Team ins Innere von Metallen blicken und die Legierung so umfassend analysieren. Während der Experimente wurden insgesamt siebenundzwanzig Proben untersucht, die von drei Stahlvarianten genommen und bei unterschiedlich starker Belastung getestet wurden. Jeder Versuch wurde dreimal wiederholt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu belegen.

Schweißverfahren werden in den verschiedensten Bereichen angewendet, weshalb keine offiziellen Daten zum Umsatz der Schweißindustrie in der EU bestehen. Jedoch wird geschätzt, dass mehr als 50 % aller Haushaltsgeräte und Maschinenbauprodukte geschweißte Verbindungen enthalten und dass der Markt für Schweißausrüstung und entsprechendes Verbrauchsmaterial in Europa bereits im Jahr 2007 ein Volumen von 3,5 Mrd. EUR erreichte. Jedoch sind zuverlässige Schweißverfahren nicht nur für unsere Industrie von enormer Bedeutung, denn Fehler in geschweißten Verbindungen können katastrophale Folgen nach sich ziehen: Menschenleben könnten gefährdet werden, und durch fehlerhafte Produkte verursachte Schäden und Versicherungsauszahlungen könnten mit ernsten wirtschaftlichen Konsequenzen verbunden sein. Selbst die Umwelt könnte desaströs geschädigt werden, etwa in Form von Verschmutzung, wenn mangelhaft verschweißte Bauteile in entsprechenden Umgebungen eingesetzt werden, beispielsweise auf dem Meer.

Das MINTWELD-Projekt wurde im August 2013 offiziell abgeschlossen und führte zu neuen Möglichkeiten, das Schweißen mithilfe neuer Technologien und hochmoderner rechnergestützter Modellierungsverfahren einfacher, sicherer und wirtschaftlicher zu gestalten. Die Ergebnisse dieser neuesten Studie stellen einen weiteren wichtigen Beitrag zu den innovativen Lösungen des Forschungsteams dar, welche die Gesamteffizienz des Stahlschweißens steigern und der europäischen Stahlschweißindustrie neue Märkte eröffnen sollen.

Weitere Informationen:
CORDIS-Projektseite

Quelle: Gestützt auf Projektinformationen

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Datensatznummer: 126821 / Zuletzt geändert am: 2017-02-03
Kategorie: Wissenschaftliche Fortschritte
Anbieter: ec
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