Untersuchung des Wasserstoffgefährdungspotentials warmumgeformter Bauteile aus hochfestem Stahl : Schlussbericht der Forschungsstelle(n) Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik (IWF) zu dem über die im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) ... geförderten Vorhaben ... ; Bewilligungszeitraum: 01.07.2011 – 30.06.2013

Abstract

Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand primär in der Untersuchung der Kaltrissbestän-digkeit des geschweißten pressgehärteten Bor-Mangan-Stahls 22MnB5 (1.5528) mit unterschiedlichen Überzugskonzepten (ohne Beschichtung, +AS150 und +Z140). Als Schweißverfahren standen das Widerstandspunktschweißen (RP), ein MSG-Schweißprozess mit modifiziertem Kurzlichtbogen (CMT) und das Laserstrahlschweißen (LB) im Mittelpunkt der Untersuchungen. Für die Herstellung pressgehärteter Platinen wurde an der Forschungsstelle eine La-borpresshärtanlage errichtet und in Betrieb genommen, mit der der direkte Presshärtprozess nachgebildet und Platinen entsprechend den mechanisch-technologischen Eigenschaften der Bauteile des Serienprozesses hergestellt werden konnten. Für die Beobachtung von Kaltrissen bildet das Vorliegen von Wasserstoff im Schweißgut bzw. im Grundwerkstoff eine grundlegende Voraussetzung. Im Rahmen des Forschungspro-jektes wurden zur definierten Wasserstoffeinbringung unterschiedliche Methoden überprüft und reproduzierbar angewendet. Für den quantitativen Nachweis des eingebrachten Wasserstoffs wurde insbesondere bei den Schweißverfahren, die ohne Zuführung eines Schweißzusatzwerkstoffes ausgeführt werden, ein Verfahren zur Bestimmung des diffusiblen Wasserstoffs in Anlehnung an die DIN EN ISO 3690 entwickelt. Zum Nachweis von Kaltrissen in geschweißten Proben wurde eine fremdbeanspruchte Kaltrissprüfvorrichtung erdacht und umgesetzt. Dieser Prüfvorrichtung liegt der Vier-Punkt-Biegeversuch zugrunde, der das Aufbringen definierter Lastspannungen, die ebenfalls eine Voraussetzung für das Auftreten von Kaltrissen bilden erlaubt. Nach dem Schweißen (RP, MSG, LB) der Versuchsmaterialien mit den unterschiedlichen Überzugsvarianten und bei Vorliegen differenzierter Wasserstoffquellen während des Schweißens, erfolgte eine Verspannung und anschließende zeitliche Auslagerung der Proben in der zuvor entwickelten Kaltrissprüfvorrichtung. Eine besondere Herausforderung bildete die Detektion der entstandenen Kaltrisse, die zumeist im inneren und somit nicht sichtbaren Bereich der Schweißprobe entstanden. Neben metallografischen Untersuchun-gen wurden die zuvor in der Kaltrissprüfvorrichtung verspannten Proben Zugversuchen ausgesetzt und darüber hinaus die Eignung der Schallemissionsanalyse als Rissdetektions-verfahren überprüft. Zur Ermittlung der Korrelation zwischen den Ergebnissen der fremdbeanspruchten Kaltrissprüfvorrichtung und der Kaltrissneigung seriennaher umgeformter Bauteile, wurden warmumgeformte Demonstratorbauteile mit Wasserstoffangeboten geschweißt. Die für das Kaltrissauftreten notwendigen Zugspannungen wurden dabei durch Vorspannungen, die auf die Demonstratorbauteile aufgebracht wurden gewährleistet. Die dargestellten Forschungsergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag dar, höchstfeste pressgehärtete Stähle kaltrisssicher mit den in der Praxis angewendeten Schweißverfahren zu verschweißen. Hierzu wurde aus den Untersuchungsergebnissen eine Gefahrenmatrix abgeleitet, die eine wertvolle Handreichung für kmU bspw. Automobilzulieferer, Herstel-ler/Lieferanten von Schweißtechnik, aber auch für Stahl- und Automobilhersteller bildet. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.