25. testXpo Fachmesse für Prüftechnik bei ZWICK …...Z2 7,82 25,05 195,89 681 748 10 42 Z1E 7,82 25,02 195,66 671 749 10 34 Z2E 7,81 24,99 195,17 655 734 9 39 Probe Sample Bruchlage

Ermittlung von

Schweißverfahrensfehlern durch

Härteprüfung

25. testXpo – Fachmesse für Prüftechnik bei ZWICK in Ulm

Dr. S. Klaus, 13.10.2016

Aus- und

Weiterbildung

SLV Berlin-Brandenburg

Fachbereiche

Die erste Schweißtechnische Lehr- und

Versuchsanstalt in Deutschland:

gegründet 1927

Qualitäts-

sicherungWerkstoff-

technik

Forschung

und

Entwicklung

Buchhaltung

GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, NL SLV Berlin-Brandenburg

Farbeindringprüfung am Kreuz

des Berliner Doms

Röntgenprüfung von Wasserleitungen

Endoskopie von Kastenprofilen in der Domkuppel

oder an rollendem Material

(Mobile) Zerstörungsfreie Prüfung

Werkstofftechnik


Werkstofftechnik

Zerstörende Werkstoffprüfung

Chemische Analytik (OES)

Zugversuche, Härteprüfung, Kerbschlagbiegeversuch:

bis -60°C

Metallographie


Quelle: ZWICK GmbH&Co.KG

Grundwerkstoff

DIN EN ISO 6507-1:2006-03

Härteprüfung nach Vickers

Verfahren Schweißverbindung

DIN EN ISO 9015-1:2011-01

Härteprüfung an Lichtbogen-

schweißverbindungen

DIN EN ISO 9015-2:2016-10

Mikrohärteprüfung an

Schweißverbindungen

DIN EN ISO 6507-2:2013-12


Prüfung und Kalibrierung der

Prüfmaschinen

DIN EN ISO 6507-3:2006-03


Kalibrierung von

Härtevergleichsplatten

DIN EN ISO 6507-4:2006-03


Tabellen zur Bestimmung der

Härtewerte

Härteprüfung

Stumpfnaht

Härtereihen in Grundwerkstoff, WEZ und Schweißgut

Prüfung nach DIN EN ISO 9015-1

2 mm

max.

Grundwerkstoff

Schweißgut

WEZ - schmal

WEZ - breit

Härtereihe

HÄRTEPRÜFUNG an SCHWEISSVERBINDUNGEN

Nahtart:

Prüfung von:

Norm:

GSI – Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, NL SLV Berlin-Brandenburg

Härteprüfung an Schweißverbindungen

Stumpfnaht

Einzeleindrücken in GW, WEZ und Schweißgut



Nahtart:

Prüfung von:

Norm:

1

2

3

4

Grundwerkstoff

WEZ

5

6

7

8

Schweißgut

11

13



Kehlnaht

Härtereihen in Grundwerkstoff, WEZ und Schweißgut



Nahtart:

Prüfung von:

Norm:

2 mm

max.

WEZ

Härtereihe

Grundwerkstoff

Schweißgut



Kehlnaht

Einzeleindrücken in GW, WEZ und Schweißgut



Nahtart:

Prüfung von:

Norm:

2 mm

max.

1

Grundwerkstoff

WEZ

Schweißgut

2

3

4

5

9

10 7

11

13



Schmelzschweißverbindungen und ihr Grundaufbau

Charakteristische Bereiche einer Schmelzschweißverbindung

metallischer Werkstoffe:

Schweißgut

Aufschmelzzone

Wärmeeinflusszone

einlagig / mehrlagig

Verbindungszone zwischen Schweißgut und Grund-

werkstoff (auch Fusionszone genannt)

Grundwerkstoff/Schweißgut neben der letzten

Schweißraupe, durch Schweißwärme verändert


Aufbau einer Schweißverbindung im System Fe-Fe3C

1536 °C

911 °C

723 °C

Schmelze

Perlitlinie

Austenit

S

E

Ferrit +

Perlit

Perlit +

Zementit

0,15 0,8 2,06 Kohlenstoff in %

Te

mp

era

tur

in °

C

G

Beispiellegierung

A B C D E

1600

1400

1200

1000

800

600

400

1800

Zeit in s

A B C D E


Aufhärtung durch Schweißen

Schweißgut

Aufschmelzzone

Wärmeeinflusszone

flüssig; Temperaturen > 1.500 °C

breiig; Temperaturen ~ 1.500 °C

Bereich einer möglichen Aufhärtung

Ende der Aufhärtung Temperaturen ~ 900 °C

Richtung der

Wärmeableitung

1

2

3

4


Martensitausbildung in der Wärmeeinflusszone

Ehemals ferritisch-perlitisches Gefüge der Wärmeeinflusszone. Durch den

Schweißwärmeeinfluss hat sich Perlit zunächst in Austenit umgewandelt. Durch

rasches Abkühlen ist aus diesem harter Martensit entstanden (kleine Härteeindrücke).


Härteverlauf in einer Schweißverbindung – schematisch

HVnWE

HVhWE

HVGW

Ac1,hWE Ac1,nWE

HV

1

GW GW

SG = GW + ZW

Ac1,nWE Ac1,hWE

WEZ WEZ

niedriges

Wärme-

einbringen

- nWE -

(z. B. LB)

höheres

Wärme-

einbringen

- hWE -

(z. B. MSG)


GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH (alle Rechte vorbehalten)

zu lange

Abkühlzeitent8/5-Zeit

Üb

erg

an

gste

mp

era

tur

der

Kerb

sch

lag

arb

eit

sehr große Härte und

tiefe Übergangs-

temperatur

extrem kurze

Abkühlzeiten

geringe Härte und zu

hohe Übergangs-

temperatur

optimaler Bereich von

Härte und Übergangs-

temperatur

Härt

eDie Einflussgrößen

auf den

Schweißprozess sind

so zu gestalten, dass

ein optimaler Bereich

von Härte und

Zähigkeitseigen-

schaften eingestellt

werden kann.

Neigung zur Aufhärtung durch Martensitbildung

Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH (alle Rechte vorbehalten)

„Abkühlzeitkonzept“ – Berechnung der t8/5-Zeit

Abkühlzeit bei zweidimensionaler Wärmeleitung („dünne Bleche“)

2

2

0

2

02

25

05/8 FT800

1

T500

1

d

Q10T3,44300t

Abkühlzeit bei dreidimensionaler Wärmeleitung („dicke Bleche“)

300

05/8 FT800

1

T500

1QT56700t

t8/5 Abkühlzeit 800 - 500°C (s)

T0 Vorwärmtemperatur (°C)

Q Wärmeeinbringen (kJ/mm)

d Blechdicke, Bauteildicke (mm)

F2 Nahtfaktor (zweidimensionale WL)

F3 Nahtfaktor (dreidimensionale WL)

3-10v

IUkQ

Parameter der Abkühlzeit

Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH (alle Rechte vorbehalten)

„Abkühlzeitkonzept“ – Einflüsse auf die mech. Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung des

GrundwerkstoffsBedingungen des Schweißprozesses

Schweiß-

prozess

Schweiß-

parameter

Vorwärm-

temperatur

Naht-

geometrie

k U, I, v T0 F2 + F3

Abkühlzeit zwischen 800 und 500 °C (t8/5-Zeit)

Mechanisch-technologische Eigenschaften in der Grobkornzone der

Wärmeeinflusszone der Schweißverbindung

DIN EN ISO

15614 - Teil

Normreihe DIN EN ISO 15614 - Verfahrensprüfungen

Werkstoffe

Lichtbogen- und Gasschweißen von Stählen und

Lichtbogenschweißen von Nickel und Nickellegierungen

Lichtbogen- und Gasschweißen von Aluminium und seinen

Legierungen

Schmelzschweißen von unlegierten und niedriglegierten Gußeisen

Fertigungsschweißen von Aluminiumguss

Lichtbogenschweißen von Titan, Zirkonium und ihren Legierungen

Lichtbogen- und Gasschweißen von Kupfer und seinen Legierungen

1

2

3

4

5

6

7 Auftragsschweißen


DIN EN ISO

15614 - Teil

Normreihe DIN EN ISO 15614

Werkstoffe

Einschweißen von Rohren in Rohrböden

Nassschweißen unter Überdruck (zurückgezogen)

Trockenschweißen unter Überdruck

Elektronen- und Laserstrahlschweißen

Widerstandspunkt-, Rollennaht- und Buckelschweißen

Pressstumpf- und Abbrennstumpfschweißen

8

9

10

11

12

13

14Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißen von Stählen, Nickel und

dessen Legierungen


Zerstörende Prüfungen im Rahmen einer Verfahrensprüfung

Biegeproben,

Zugprobe

Kerbschlagbiege-

proben,

ggf. zusätzliche Proben

Makroschliff, Härtepr.

Schw

eiß

richtu

ng

Abfall

Abfall

Biegeproben,

Zugprobe


Kehlnaht mit Aufhärtungspotential

Verfahrens-

prüfung:

Schweißprozeß: MAG

Stoßart/Nahtart: FW/sl

Schweißposition: PB

Werkstoff: S355J2+N

Dicke: Gurt-60 mm

Steg-20mm

Zusatzwerkstoff: G3Si1

Vorwärm-

temperatur: min. RT


HV 10

GW WEZ Ü S Ü WEZ GW

Decklage158 216 363 245 386 382 181

Final pass 157 251 237 324 172

Wurzel 170 200 328 246 410 269 176

Root pass 138 244 232 249 182

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung – ohne Vorwärmung

Kehlnaht mit Aufhärtungspotential

Verfahrens-

prüfung:




Werkstoff: S355J2+N

Dicke: Gurt-60 mm

Steg-20mm


Vorwärm-

temperatur: 100°C


HV 10


Decklage158 205 351 224 323 317 164

Final pass 164 331 227 242 160

Wurzel 167 206 355 223 309 207 170

Root pass 168 235 227 183 163

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung – mit Vorwärmung

Stumpfnaht mit Aufhärtungspotential

Verfahrens-

prüfung:


Stoßart/Nahtart: BW/ml

Schweißposition: PA

Werkstoff: S460NL

Dicke: 20 mm


Vorwärm-

Temperatur: 110°C


HV 10


Decklage184 218 326 194 346 300 185

Final pass 188 274 309 223 337 274 183

188 314 225 338 179

Wurzel 189 293 341 258 411 368 191

Root pass 188 351 369 255 410 257 185

187 387 399 187

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung – ohne Vorwärmung

HV 10


Decklage188 203 349 195 298 284 185

Final pass 190 272 331 188 293 263 185

188 303 187 283 188

Wurzel 188 201 220 185 222 220 194

Root pass 186 212 220 185 225 201 190

185 231 236 190

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung – mit Vorwärmung

Verfahrens-

prüfung:


Stoßart/Nahtart: BW/ml


Werkstoff: S700MC

Dicke: 8 mm

Zusatzwerkstoff: G69 6 M

Mn4Ni1,5CrMo

Vorwärm-

Temperatur: min. RT

Stumpfnaht


HV 10


Decklage273 242 266 238 252 242 276

Final pass 278 252 247 246 275

275 243 283

Wurzel 274 236 232 247 240 238 272

Root pass 272 235 251 232 269

279 253 278

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung

ProbeSample

AbmessungDimension

S0

[mm²]

Streck-/ DehngrenzeYield strength/Proof stress

ZugfestigkeitTensile strength Dehnung

Elongation

EinschnürungReduction

a

[mm]

b/d0

[mm]

ReH

[MPa]

Rp0,2

[MPa]

Rp1,0

[MPa]

Rm

[MPa]

A

[%]

Z

[%]

Anforderung: DIN EN 10149-2Requirement:

--- 700 -- 750 - 950 min. 12 --

Z1 7,84 25,10 196,78 664 740 9 38

Z2 7,82 25,05 195,89 681 748 10 42

Z1E 7,82 25,02 195,66 671 749 10 34

Z2E 7,81 24,99 195,17 655 734 9 39

ProbeSample

Bruchlage 1)

Fracture position

Befund 2)

Conclusion

BewertungResult

Z1 Ü -- ne

Z2 Ü -- ne

Z1E Ü -- ne

Z2E Ü -- ne

Ergebnisse Zugversuch

Unzulässige Wärmebehandlung eines M-Stahles (S690M)

Lieferzustand (M)

Rm = 790 MPa

Rp0,2 = 715 MPa

A5 = 11 %

Rm = 662 MPa

Rp0,2 = 410 MPa

A5 = 23 %

geglüht bei 850 °C / Luft

C = 0,054 %

Mn = 1,68 %

Nb = 0,074 %


Schweißtechnische Verarbeitung – Entfestigung in der WEZ

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Abstand von der Schmelzlinie in cm

40

50

60

70

80

90

100

110H

ärt

e H

B

1.123 J/cm

754 J/cm

530 J/cm

Werkstoff: EN AW-Al Mg1SiCu-T6

StreckenenergieDie Entfestigung

nimmt mit

steigenden

Wärme-

einbringen zu.


Verfahrens-

prüfung:




Werkstoff: S700MC

Dicke: 8 mm

Zusatzwerkstoff: G69 6 M

Mn4Ni1,5CrMo

Vorwärm-

Temperatur: min. RT

Kehlnaht mit Entfestigung


HV 10


Decklage278 244 250 255 257 252 286

Final pass 271 235 256 241 263

Wurzel252 242 250 267 244 234 287

Root pass 268 236 271 238 282

Mitte

Centre

HV10

Ergebnisse Härteprüfung

Vielen Dank für

Ihre

Aufmerksamkeit.


Documents

25. testXpo Fachmesse für Prüftechnik bei ZWICK …...Z2 7,82 25,05 195,89 681 748 10 42 Z1E 7,82 25,02 195,66 671 749 10 34 Z2E 7,81 24,99 195,17 655 734 9 39 Probe Sample Bruchlage