Elektrogasschweißen

Leistungssteigerung des Elektrogasschweißens von
höherfesten Schiffbaustählen zum Einsatz bei Normal- und
Tieftemperaturen (AViF-Nr. A248)

Durchführende Stellen: Universität Rostock (Prof. Wanner), RWTH Aachen (Prof. Reisgen)

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2008 bis 30.06.2010

Abschlussbericht: CMT 17/2011


Motivation / Ausgangssituation
Im Schiffbau werden hinsichtlich der Schweißtechnik sowohl fertigungs- und kostengünstige, als auch beanspruchungsgerechte Strukturen gefordert. So sind seit den 80-er Jahren immer leistungsfähigere Schweißprozesse, vor allem in der Vormontage, entwickelt worden und es ist ein Trend zum Einsatz höherfester Stähle zu verzeichnen. Durch stetig steigende Anforderungen an die Schiffstypen, wie die Ausführung immer größerer Containerschiffe oder
den Einsatz in arktischen Regionen, werden sowohl sichere Schweißverfahren als auch belastbare Aussagen für die Auslegung benötigt, um Rissschäden im Betrieb zu vermeiden.
Der sofortige Einsatz des leistungsfähigeren Elektrogas-Hochleistungsschweißen an dieser Stelle für normalfeste Schiffbaustähle würde bei höherfesten Stählen jedoch ohne weitere Maßnahmen u.a. zu einer Festigkeits- und Zähigkeitsreduzierung in der Wärmeeinflußzone infolge hoher Streckenenergieeinträge und Grobkornbildung führen. Durch diese und weitere
Gründe wurde die Nutzung des Verfahrens im deutschen Schiffbau für den avisierten Anwendungsfall bisher nicht realisiert.

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte
Das übergreifende Ziel besteht in einer Produktivitätssteigerung beim Schweißen senkrechter Endmontagestöße der schiffbaulichen Außenhaut für höherfeste Stähle im Blechdickenbereich von 15 bis 50 mm mittels Elektrogas-Schweißen. Zum Einsatz kommen sollen ausgewählte höherfeste Stähle für den Einsatz bei Normal- und Tieftemperaturen unter Berücksichtigung der
realen fertigungstechnischen Gegebenheiten des Schiffbaus.
Die Stähle werden in der Position steigend durch das Elektrogasschweißen (z.T. mit MAGWurzel) geschweißt. Das wesentliche Ziel der Untersuchungen ist dabei die Reduzierung der Streckenenergie auf einen Betrag, der bezüglich der eingesetzten Stähle hohe Festigkeits- und Zähigkeitswerte in der Verbindung zulässt und dennoch prozeßsicher ist. Die Schweißgeschwindigkeit soll dabei gegenüber den bisherigen Varianten des EG-Schweißens möglichst gesteigert werden.
Dazu werden experimentelle Untersuchungen an geeigneten Probengeometrien zum einen durch Optimierungen der schweißtechnologischen Parameter mittels spezieller Fülldrähte und Gase sowie Nahtvorbereitungen und Drahtzufuhr vorgenommen. Zum anderen soll durch eine gezielte Optimierung der Prozesstechnologie (Schweißstrom / Stromquelle) eine weitere positive Beeinflussung der Verbindungseigenschaften erreicht werden. Dazu soll der aus der MSG-Technik bekannte gesteuerte Prozess der Impulstechnik zum Einsatz kommen, auch die Möglichkeiten des rotierenden Lichtbogens werden geprüft. Neben den schweißtechnologischen Anforderungen sind die Gegebenheiten der schiffbaulichen Blockstöße in die Untersuchungen einzubeziehen. Die Ergebnisse der Aktivitäten sollen schließlich durch die Ermittlung des Werkstoffverhaltens der Schweißverbindung nach zügigen und schwingenden Beanspruchungen und durch metallographischen Gefügeuntersuchungen, Zähigkeitsuntersuchungen, zerstörungsfreie Prüfungen, Nahtvermessungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen nachgewiesen werden.

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