DD270139A1 - METHOD FOR PRODUCING AXIAL SYMMETRIC SAMPLES AND TESTING FOR WELDING SUITABILITY - Google Patents

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DD270139A1
DD270139A1 DD31385188A DD31385188A DD270139A1 DD 270139 A1 DD270139 A1 DD 270139A1 DD 31385188 A DD31385188 A DD 31385188A DD 31385188 A DD31385188 A DD 31385188A DD 270139 A1 DD270139 A1 DD 270139A1
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Manfred Trepte
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Koethen Ing Hochschule
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von axialsymmetrischen Proben und zum Pruefen auf Schweisseignung. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mehrere Probenserien mit dem gleichen definierten Temperatur- und Verformungsregime zu schweissen, an einer ersten Probenserie das Gefuege im Schweissnahtbereich und die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften und an weiteren Probenserien die kritische, aus aeusseren Kraeften und/oder Schrumpfkraeften resultierende Zugspannung zu bestimmen, die Warm- oder Kaltrisse ausloest. Auf der Grundlage dieser experimentellen Systemanalyse wird der die Warm- oder Kaltrissneigung eines Werkstoffes bestimmende Ursache-Wirkungs-Zusammenhang Werkstoff - Temperatur und Verformungsregime bei der Werkstoffverarbeitung - Gefuege - mechanisch-technologische Eigenschaften - Zugspannung mit groesserer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit als mit den bisherigen Pruefverfahren erfasst. Fig. 2The invention relates to a method for the production of axially symmetric samples and for testing for welding suitability. The basic idea of the invention is to weld a plurality of sample series with the same defined temperature and deformation regime, the pattern in the weld seam region and the resulting mechanical-technological properties on a first sample series and the critical, external forces and / or shrinking forces on further sample series to determine the resulting tensile stress causing hot or cold cracks. On the basis of this experimental system analysis, the cause-and-effect relationship determining the hot or cold cracking tendency of a material - temperature and deformation regime in material processing - microstructures - mechanical-technological properties - tensile stress is recorded with greater accuracy and reproducibility than with the previous test methods. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von axialsymmetrischen Proben aus metallischen Werkstoffen und zum Prüfen dieser Proben auf Schweißeignung, d.h. ihrer Neigung zu Warm- und Kaltrissen.The invention relates to a method of producing axially symmetric samples of metallic materials and to testing these samples for weldability, i. their tendency to hot and cold cracks.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Schweißeignung, definiert in TGL14913, ist ein Teilbegriff der Schweißbarkeit. Sie wird vorzugsweise durch den Werkstoff bestimmt. Schweißeignungsprüfungen haben das Ziel, die Neigung des Werkstoffes zu Kalt- und Warmrissen festzustellen. Kaltrisse entstehen, wenn im Schweißnahtbereich ein sprödes, rißempfindliches, martensitisches Gefüge volllegt und gleichzeitig eine mechanische Spannung, vorzugsweise eine Zugspannung, auf die Schweißnaht einwirkt. Die Prüfung der Kaltrißneigung eines Werkstoffes erfolgt mit sich selbst beanspruchenden oder fremdbeanspruchten Proben. Bei den Prüfverfahren mit sich selbst beanspruchenden Proben wird am häufigsten der CTS-Test (Controlled Thermal Severity-Test) und die Tekkenprobe angewendet.The weldability, defined in TGL14913, is a sub-concept of weldability. It is preferably determined by the material. Welding tests have the aim of determining the inclination of the material to cold and hot cracks. Cold cracks occur when a brittle, crack-sensitive, martensitic microstructure completes in the weld area and at the same time a mechanical stress, preferably a tensile stress, acts on the weld seam. The examination of the cold cracking tendency of a material takes place with self-stressing or externally stressed samples. The self-stressed test methods are most commonly used with the Controlled Thermal Severity (CTS) test and the Tekken test.

Als Kriterium für die Kaltrißbeständigkeit gilt beim CTS-Test die Rißbildung in den Kontrollnähten des geschweißten Prüfstückes und bei der Tekkenprobe die niedrigste Abkühlungsgeschwindigkeit, bei der die Rißanfälligkeit in der Nahtwurzel sprunghaft ansteigt.The criterion for cold cracking resistance in the CTS test is cracking in the control seams of the welded test specimen and in the Tekken specimen the lowest cooling rate at which the susceptibility to cracking in the seam root skyrockets.

Der Nachteil dieser Proben ist, daß nur die Schweißtemperatur ungefähr bekannt ist. Unbekannt sind der Tempi w j gradient, die Abkühlungsgeschwindigkeit, das Gefüge und die Höhe der Kaltrisse auslösenden Spannung. Die in TGL1491·"*' dargestellte und ausführlich beschriebene CTS-Probe und die Tekkenprobe ermöglicht daher nur eine qualitativ 3 ';. üsage. Bei den Prüfverfahren mit fre-,-'beanspruchten Proben wird am häufigsten der Implant-Test, der TRC-Test (Tensile Restraint Cracking-Test) und der RRC-Test (Rigid Res lint Cracking-Test) angewendet.The disadvantage of these samples is that only the welding temperature is approximately known. Unknown are the tempi w j gradient, the cooling rate, the structure and the height of the cold cracks causing tension. The CTS sample and the Tekken sample shown in detail and described in TGL1491 · "* 'therefore only allow a qualitatively 3' .smission. In the test methods with fre-, - 'claimed samples, the most frequently used is the implant test, the TRC test. Test (Tensile Restraint Cracking Test) and the RRC test (Rigid Res lint Cracking Test).

Beim Implant-Test wird als Implantat eine zylindrische Probe mit einem umlaufenden Gewindekerb in die Bohrung einer Stahlplatte eingeführt und mit einer Auftragsraupe überschweißt. Der umlaufende Gewindekerb ist so angeordnet, daß er sich im kritischen Bereich der Wärmeeinflußzone befindet. Unmittelbar nach dem Schweißen wird die Probe belastet und die Zeit bis zum Reißen in Abhängigkeit von der aufgebrachten Spannung gemessen. Zur Beurteilung der Kaltrißneigung dient das auf diese Weise aufgenommene Spannungs-Standzeit-Schaubild.In the implant test, a cylindrical specimen with a circumferential thread notch is inserted as an implant in the bore of a steel plate and welded over with a bead. The circumferential thread notch is arranged so that it is in the critical region of the heat affected zone. Immediately after welding, the sample is loaded and the time to rupture is measured as a function of the applied stress. To assess the Kaltrißneigung serves recorded in this way voltage-life graph.

Beim TRC-Test und beim RRC-Test werden zwei Bleche durch eine Stumpfnaht miteinander verbunden. Unmittelbar nach dem Schweißen wird die Schweißnaht mit einer senkrecht zu ihr wirkenden Zugspannung belastet. Das Prüfkriterium ist diejenige Spannung, bei der Kaltrisse auftreten (kritische TRC-Spannung).In the TRC test and the RRC test, two sheets are connected by a butt weld. Immediately after welding, the weld is loaded with a tensile stress acting perpendicular to it. The test criterion is the voltage at which cold cracks occur (critical TRC voltage).

Beim RRC-Test wird die aufgebrachte Spannung in ihrem zeitlichem Verlauf so geregelt, daß die dadurch bewirkte Dehnung die bem Abkühlen der Prob» auftretende Schrumpfung ausgleicht. Die kritische RRC-Spannung ist die niedrigste Zugspannung, bei der Kaltrisse auftreten.In the RRC test, the applied stress is controlled in its time course so that the strain caused thereby compensates for the shrinkage that occurs during the cooling of the sample. The critical RRC stress is the lowest tension at which cold cracks occur.

Beim Schweißen der Proben für den Implantat-, TRC- und RRC-Test ändert sich das Wärmefeld ständig. Es ist damit keine reproduzierbare Zuordnung von Temperatur-Temperaturgradient-Abkühlungsgeschwindigkeit-Gefüge-mechanischtechnologischer Eigenschaften möglich. Außerdem liegt bei allen drei Proben ein Undefinierter mehrachsiger Spannungszustand vor.When welding the samples for the implant, TRC and RRC test, the heat field changes constantly. There is thus no reproducible assignment of temperature-temperature gradient-cooling rate structure-mechanical properties possible. In addition, all three samples have an undefined multiaxial stress state.

Warmrisse treten in der Schweißnaht und in der V',ärmeeinflußzone während des Abkühlens auf. Betroffen sind alle Stahlgruppen und NE-Metallegierungen. Notwendige Bedingung für das Auftreten der Warmrisse sind niedrig? jhmelzende Korngrenzfilme, deren Wirkung mit zunehmender Kornfeinung abgeschwächt wird. Aus diesem Grunde bestimmt die bei den bisherigen Prüfverfahren überhaupt nicht erfaßte Kausalkette Werkstoff-Temperatur-Umformgrad-Umformgeschwindigkeit-Umformfestigkeit und das daraus bei den hohen Temperaturen resultierende Gefiiqe maßgeblich die Warmrißneigung. Die Prüfung der Warmrißneigung erfolgt mit sich selbst beanspruchenden und mit fremdb-janspruchten Proben.Warm cracks occur in the weld and in the V region during cooling. Affected are all steel groups and non-ferrous metal alloys. Necessary condition for the occurrence of warm cracks are low? Jhmelzende grain boundary films whose effect is attenuated with increasing grain refinement. For this reason, determined in the previous test method not causal causal chain material temperature-forming degree-Umformgeschwindigkeit-Umformfestigkeit and resulting from the high temperatures Gefiiqe significantly the warm cracking tendency. The examination of the warm crack inclination is carried out with self-stressing and with foreign-claimed samples.

Die Selbstbeanspruchung wird durch die beim Schweißen hervorgerufene Schrumpfung erzeugt. Diese Prüfungen liefern nur Ja-Nein-Entscheidungen.The self-stress is generated by the shrinkage caused during welding. These checks provide only yes-no decisions.

Die Prüfverfahren mit fremdbeanspruchten Proben haben die größere Bedeutung. Die Beanspruchung wird reproduzierbar durch Biegung (Varestraint-Versuch) oder durch Zug (Prüfverfahren nach Prochorow, nach Wittke und Zwickert sowie nach Kluge) aufgebracht.The test methods with externally stressed samples are of greater importance. The stress is applied reproducibly by bending (Varestraint test) or by train (test method according to Prochorow, after Wittke and Zwickert and after Kluge).

Bei diesen Prüfungen ist die Belastung und die Belastungsgeschwindigkeit reproduzierbar. Der dargestellte Stand der Technik zeigt, daßIn these tests the load and the load speed are reproducible. The illustrated prior art shows that

— die drei das Gefüge und die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften metallische' Werkstoffe maßgeblich bestimmenden Kausalketten a, b und c,- the three microstructures and the resulting mechanical-technological properties of causal chains a, b and c, which decisively determine metallic materials

a Temperatur-Temperaturgradient-Abkühlungsgeschwindigkeit,a temperature-temperature gradient cooling rate,

b Temperatur-Umformgrad-Umformgeschwindigkeit-Umformfestigkeit, c atomarer Wasserstoff-Rekombinationsgifte-Wasserstoffdiffusion-Rekombinatioii des atomaren Wasserstoffs imb temperature-strain-forming rate, c atomic hydrogen recombination poison hydrogen diffusion recombination of atomic hydrogen in

Werkstoffinneren, bei Schweißeignungsprüfungen gar nicht oder nur sehr unvollkommen berücksichtigt werden,Material inside, are not taken into account in welding suitability tests or only very imperfectly,

— das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung und das Prüfen der geschweißten Verbindung verschiedenartig;; und sehr aufwendige Vorrichtungen erfordert.- Making the integral connection and checking the welded connection variously; and requires very expensive devices.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem die Warm- und Kaltrißneigung metallischer Werkstoffe mit einem geringeren Aufwand an Material, Energie und Arbeitszeit aber mit größerer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit als bisher ermittelt werden kann.The aim of the invention is a method by which the hot and Kaltrißneigung metallic materials can be determined with a lower cost of material, energy and working time but with greater accuracy and reproducibility than before.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von axialsymmetrischen Proben und zum Prüfen auf Schweißeignung zu schaffen, mit dem es möglich ist, das fertigungsbedingt auf den Werkstoff einwirkende, sein Gefüge und die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften maßgeblich bestimmende Temperatur- und Verformungsregime quantitativ und reproduzierbar zu erfassen.The invention has for its object to provide a method for producing axially symmetric samples and to check for welding suitability, with which it is possible due to the production due to the material acting, its structure and the resulting mechanical and technological properties significantly determining temperature and Determine deformation regime quantitatively and reproducibly.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die an einer Stirnseite plangedrehten Proben mit rotationssymmatrischbn Voll- oder Hohlquerschnitt fluchtend hintereinander angeordnet sind und sich in den Stirnflächen berühren.According to the invention the object is achieved in that the facesplanged on a front side samples are arranged with rotationally symmetrical full or hollow cross section in alignment one behind the other and touch each other in the end faces.

Das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt durch die Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme über die elastische und plastische Verformung sowie die Sicherung der oberflächennahen Stoffbereiche mit den Arbeitswerten Reibgeschwindigkeit vh. Reibdruck pi und Reibzeit tj, d. h. durch Reibschweißen.The cohesive connection is made by the conversion of kinetic energy into heat on the elastic and plastic deformation and securing the near-surface material areas with the working values friction speed v h . Friction pressure pi and friction time tj, ie by friction welding.

Die Arbeitswerte, vh, pl( tj; 1 S h S 3; 2 S i, j S 5; mit denen die Proben geschweißt werden, bleiben bei allen k Probenserien; 3 S k S 5; mit einer Probenzahl Im; 9 S I S 75; 3 S m S 10; je Serie unverändert. Die Reibgeschwindigkeit ν wird für den Vollquerschnitt von Durchmesser d = 2 r (r in m) nach der Gleichung ν = 0,07 rn (n in min"1) und für den Hohlquerschnitt vom mittleren Durchmesser dm = 2rm nach der Gleichung ν = 0,1 rm η ermittelt und unter Beachtung der Grenzbedingung 0,8m/ s ä ν S 1,6 m/s eingestellt.The working values, v h , p l ( tj; 1 S h S 3; 2 S i, j S 5, with which the samples are welded, remain with all k sample series; 3 S k S 5; with a sample number Im; SIS 75; 3 S m S 10, each series unchanged The friction velocity ν is calculated for the solid section of diameter d = 2 r (r in m) according to the equation ν = 0,07 rn (n in min " 1 ) and for the Hollow cross-section of average diameter d m = 2rm according to the equation ν = 0.1 r m η determined and set under consideration of the boundary condition 0.8m / s ä ν S 1.6 m / s.

Für den Reibdruck gilt: 20MPa SpS 60MPaFor the friction pressure applies: 20MPa SpS 60MPa

Die Probenherstellung nach Erreichen der Reibzeit t, die den BedingungenThe sample preparation after reaching the friction time t, the conditions

oonst <**0 (DOtherwise <** 0 (D

= const Φ 0= const Φ 0

dt (2)dt (2)

genügen muß, beendet.has to suffice, finished.

Das Entfernen des Stauchgrates erfolgt während des Reibens.The removal of the burr is done while rubbing.

Die das Gefüge im Schweißnahtbereich bestimmenden Kausalketten a und b, a Temperatur-Temperaturgradient-Abkühlungsgeschwindigkeit,The causal chains a and b determining the structure in the weld area, a temperature-temperature gradient-cooling rate,

b Temperatur-Umformgrad-Umformgeschwindigkeit-Umformfestigkeit, werden während der Probenherstellung definiert eingestellt, in dem die Reibgeschwindigkeit, der Reibdruck und die Reibzeit nach vorgegebenen Zusammenhängen, Gleichungen (1) bis (16), variiert und eingestellt sowie zusätzlich Kontrollmessungen der axialen Temperaturverteilung und der P.'obenverkürzung durchgeführt werden.b temperature-deformation-forming-forming resiliency, are set as defined during the sample preparation, in which the friction rate, the friction pressure and the friction time according to predetermined contexts, equations (1) to (16), varied and adjusted, and in addition control measurements of the axial temperature distribution and the P.'oberverkürzung be performed.

Aus Gi. (1) folgt, daß die Differentialgleichung Jer Wärmeleitung für den unbegrenzten homogenen StabFrom Gi. (1) it follows that the differential equation Jer is heat conduction for the infinite homogeneous rod

dT d2T (3) dT d 2 T (3)

dt = a ( dt = a (

in der Formin the shape

dT d2TdT d 2 T

β aβ a ??

geschrieben werden kann. Durch zweimaliges Integrieren der Gl. (4)can be written. By integrating the Eqs twice (4)

— = - C = grad T (5) - = - C = degrees T (5)

dxdx

T = -C X + D (6)T = -C X + D (6)

ergibt sich mit den Randbedingungen X=OT=Tm=Dresults with the boundary conditions X = OT = Tm = D

_| = X = +1;T = To_ | = X = +1, T = To

die Temperaturverteilung im Stoßflächenbereich während des quasistationären Reibschweißprozessesthe temperature distribution in the abutting surface area during the quasi-stationary friction welding process

= - H x + Tm · (7)= - H x + Tm · (7)

dT , Tm " dT, Tm "

Aus Gl. (2) folgt, daß das je Umdrehung in den Stauchgrat umgeformte Volumen und damit auch die Schweißteilverkürzung I'je Umdrehung konstant bleibtFrom Eq. (2) it follows that the volume converted per revolution into the upsetting burr and thus also the weld part shortening I'je turn remains constant

Δ1ι _ £i = oonst. Δ 1ι _ £ i = oonst.

nt O)nt O)

Es gelten dann folgende Gleichungen: — Schweißteilverkürzung IThe following equations then apply: - Welded section shortening I

ΔΙ, = ntexo(p,/ö,-1)h (10)ΔΙ, = ntexo (p, / ö, -1) h (10)

Al2 = ntexp (p2/öf - ) h (11)Al 2 = ntexp (p 2 / öf -) h (11)

Aln = ntexp(p„/6,-1)h (12)Al n = ntexp (p "/ 6, -1) h (12)

h axiale Ausdehnung der Prozeßzone — Umformfestigkeit Vth axial extent of the process zone - forming resistance Vt

Αίη-iΑίη-i

(13)(13)

— Umformgrad φ - degree of deformation φ

T= ln(i + ~^~) (14) T =ln (i +~ ^ ~) (14)

— Umformgeschwindigkeit φ - Forming speed φ

Stoßflächentemperatur TmShock temperature Tm

Λ = 270mol C = 2,5 · 10"10S-' α = 0,013...0,019mm2 N"1 η = 4,4Λ = 270mol C = 2.5 x 10 "10 S- 'α = 0.013 ... 0,019mm 2 N" 1 η = 4.4

R = 8,314mor' K"1 ist die Gaskonstante.R = 8,314mor 'K' 1 is the gas constant.

Das Prüfen der Probe oui" Schweißeignung erfolgt vorzugsweise ohne Ausspannen aus der Spanneinrichtung in der zur Herstellung der Probe verwendeten Vorrichtung, indem die Probe bei Stillstand des rotierenden Teils mit einer aus äußeren Kräften und/oder aus Schrumpfkräften resultierenden kritischen die Warm· oder Kaltrisse auslösenden Zugspannung und gegebenenfalls noch mit einem Torsionsmoment beaufschlagt wird.The testing of the sample is preferably carried out without disengagement from the clamping device in the device used for the preparation of the sample by the sample at standstill of the rotating part with a critical from the external forces and / or shrink forces resulting in hot or cold cracking tensile stress and if necessary still applied with a torsional moment.

Der die Warm- oder Kaltrisse auslösende Ursache-Wirkungs-Zusammenhang wird duroh die nachfolgend dargestellte experimenteile Systemanalyse bestimmt.The cause-and-effect relationship triggering the hot or cold cracks is determined by the experimental system analysis presented below.

An einer ersten Probenserie werden die Kausalketten a und b definiert eingestellt und das eich unter der Wirkung der Kausalkette b in der Prozeßzone bei Schweißtemperatur einstellende Gefüge sowie das sich unter der Wirkung der Kausalketten a und b in der Prozeßzone und unter der Wirkung der Kausalkette a in den daran angrenzenden Bereichen bei Raumtemperatur einstellende Gefüge und die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften quantitativ bestimmt. An einer zweiten Probenserie wird bei aller Proben die Prozeßzone sowie die daran angrenzenden Bereiche durch eine Makroätzung sichtbar gemarht und durch Belasten df. riehen vom Querschnitt A mit einer Zugkraft F ύ RmA, die kritische, die Kaltrisse auslösende Zugspannung aufgebracht \,it den Versuchsergebnissen der ersten Probenserie wird der Ursache-Wirkungs-Zusammenhang der Kaltrißneiyung geschlossen.On a first series of samples, the causal chains a and b are set in a defined manner and under the action of the causal chain b in the process zone at welding temperature adjusting microstructure and under the action of the causal chains a and b in the process zone and under the effect of the causal chain a in the adjoining areas at room temperature adjusting structure and the resulting mechanical-technological properties determined quantitatively. On a second series of samples, the process zone as well as the adjoining areas are visibly modeled by macro etching and loaded by df. draw from the cross-section A with a tensile force F ύ R m A, the critical applied, the cold cracking tension applied \, it the experimental results of the first series of samples, the cause-effect relationship of Kaltrißneiyung closed.

An einer dritten Probenserie wird bei allen Proben bei Stillstand des rotierenden Teils die kritische aus Schrumpfkräften und/oder äußeren Kräften resultierende die Warmrisse auslösende Zugspannung RSRm (T) aufgebracht und mit den Versuchsergebnissen der ersten Probenserle der Ursache-Wirkungs-Zusammenhang der Warmrißnoigung geschlossen.On a third series of samples, the critical stress resulting from shrinkage forces and / or external forces resulting from hot cracks tensile stress RSR m (T) is applied to all samples at standstill of the rotating part and closed with the test results of the first Probenserle the cause-effect relationship of Warmrißnotigung.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an einem Am führungsbeispiel erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ze QtThe invention will be explained on a leadership example on. In the accompanying drawing ze Qt

Fig. 1: Ungeschweißte ProbeFig. 1: Unwelded sample

Fig. 2: VorrichtungFig. 2: device

Fig. 3: Axiale Temperaturverteilung und Modell des Verformungsvorganges Fig. 4: Zeitlicher Verlauf der Stoßflächentemperatur und der Schweißteilverkürzung.Fig. 3: Axial temperature distribution and model of the deformation process Fig. 4: Time course of the impact surface temperature and the weld part shortening.

Die ungeschweißten Proben (Fig. 1) bestehen aus zwei Teilen. Sie sind an einer Stirnseite plangedreht, haben eine Länge von etwa 100mm und einen Durchmesser, der der Wanddicke des zu untersuchenden Bauteils entspricht. Die stoffschlüssigen Verbindungen werden bei allen drei Probenserien mit den ArbeitswertenThe unwelded samples (Fig. 1) consist of two parts. They are planed on a face, have a length of about 100mm and a diameter corresponding to the wall thickness of the component to be examined. The cohesive compounds are used in all three sample series with the working values

Pi = 20 MPa t, = 3sPi = 20 MPa t, = 3s

n( = 1000 min"1 p2 = 30MPa t2 = 5sn ( = 1000 min -1 p 2 = 30 MPa t 2 = 5 s

n2 = 1500min"1 p3 = 40MPa t3 = 7sn 2 = 1500rpm "1 p 3 = 40MPa t 3 = 7s

P4 = BOMPa t4=10sP 4 = BOMPa t 4 = 10s

hergestellt. Das sind I = 32 verschiedene Probon und damit auch 96 verschiedene Gefüge je Probenserie. Da der Mittelwert aus m = 3 Proben gebildet wird, ergibt sich eineAnzahlvonlm = 96 Proben je Serie. Die zwei Proben 1 und 2 werden in jeweils einer Spanneinrichtung 3 und 4 fluchtend hintereinander so angeordnet (Fig. 2), daß sie sich in den plangedrehten Stirnflächen berühren. Im Bereich der Reibzone 5 ist zum Messen der axialen Temperaturverteilung eine Wärmebildkamera 6 angeordnet. Ferner wird die Probenverkürzung mit einem Wegaufnehmer 7, die Axialkraft mit einer Kraftmeßdose 8, das Reibmoment mit einem Drehmomentenmesser 9 und die Drehzahl mit einem Drehzahlmesser 10 gemessen.manufactured. These are I = 32 different samples and therefore also 96 different microstructures per sample series. Since the average is formed from m = 3 samples, the number of lm = 96 samples per series is calculated. The two samples 1 and 2 are arranged in a respective clamping device 3 and 4 in alignment one behind the other (FIG. 2) so that they touch each other in the face-turned faces. In the region of the friction zone 5, a thermal imaging camera 6 is arranged to measure the axial temperature distribution. Further, the sample shortening is measured with a displacement transducer 7, the axial force with a load cell 8, the friction torque with a torque meter 9 and the speed with a tachometer 10.

Die Meßwertverarbeitungund -darstellung erfolgt mit dem Farbmonitor 11, dem Analog-Digital-Umwandler 12, dem elektronischen Bilddatenspeicher 13 und dem Mikrocomputer 14.The measured value processing and display is performed with the color monitor 11, the analog-to-digital converter 12, the electronic image data memory 13 and the microcomputer 14.

Unter der Wirkung der Arbeitswerte Reibdruck und Reibgeschwindigkeit verformen und erwärmen sich die beiden Proben im Stoßflächenbereich (Fig. 3). Die Kausalketten a und b werden während der Probenhersteilung auf der Grundlage der GleichungenUnder the effect of the working values friction pressure and friction speed, the two samples deform and heat up in the abutting surface area (FIG. 3). The causal chains a and b are determined during the sample preparation on the basis of the equations

(3) bis (8) und (16) bzw. (9) bis (16) quantitativ und reproduzierbar eingestellt.(3) to (8) and (16) or (9) to (16) are set quantitatively and reproducibly.

Der anfangs instationärs zeitliche Verlauf der Stoßflächentemperatur und der Probenverkürzung geht in den quasistationären Verlauf über (Fig.4). Die Probenherstellung wird nach Erreichen der Reibzeit t, die den BedingungenThe initial transient temporal course of the impact surface temperature and the shortening of the sample changes into the quasi-stationary course (FIG. 4). Sample preparation is done after reaching the t, which is the conditions

= oonat » 0 = oonat »0

dtdt

a const μ ο a const μ ο

dtdt

genügen muß, beendet.has to suffice, finished.

An den Proben der ersten Serie werden die beiden Kausalketten a und b für den Bereich der Prozeßzone und den daran angrenzenden Bereichen berechnet und das Gefüge sowie die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften bestimmt.On the samples of the first series, the two causal chains a and b are calculated for the area of the process zone and the adjoining areas, and the microstructure and the resulting mechanical-technological properties are determined.

An den Proben der zwei'en Serie wird der Stauchgrat entfernt und die Prozeßzone sowie die daran angrenzenden Boreiche durch eine Makroätzung sichtbar gemacht. Anschließend werden die Proben vom Querschnitt A in der Vorrichtung mit einer ständig steigenden Zugkraft F S R1nA belastet. Der Versuch wird abgebrochen wenn bei der Zugkraft F = RmA noch keine Kaitrisse aufgetreten sind.On the samples of the second series, the upsetting burr is removed and the process zone and the adjacent Bore oak are visualized by a macro-etching. Subsequently, the samples are loaded by the cross section A in the device with a constantly increasing tensile force FSR 1n A. The experiment is aborted if at the tensile force F = R m A no Kaitrisse have yet occurred.

An den Proben der dritten Serie wird der Stauchgrat während des Reibens entfernt und die Probe unmittelbar nach dem Abbremsen des rotierenden Teils mit einer Zugkraft F S R1n(T)A belastet. Der Versuch wird abgebrochen, wenn bei der Zugkraft F = Rm(T)A noch keine Warmrisse aufgetreten sind.On the samples of the third series, the upsetting burr is removed during the rubbing and the sample is loaded with a tensile force FSR 1n (T) A immediately after the braking of the rotating part. The test is aborted if at the tensile force F = R m (T) A no hot cracks have yet occurred.

Mit den Versuchsergebnissen der ersten Probenserie wird für alle nachfolgenden Probenserien der Ursache-Wirkungs-Zusammenhang der Schweißeignung geschlossen.With the test results of the first sample series, the cause-effect relationship of the weldability is concluded for all subsequent sample series.

Claims (1)

Verfahren zum Herstellen von axialsymmetrischen Proben und zum Prüfen auf Schweißeignung, insbesondere von abschnittsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Proben, gekennzeichnet dadurch, daßMethod for producing axially symmetrical specimens and for testing for weldability, in particular samples consisting of sections of different materials, characterized in that — das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung durch die Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme über die elastische und plastische Verformung sowie die Scherung d jr oberflächennahen Stoffbereiche mit den Arbeitswerten Reibgeschwindigkeit Vh, Reibdruck pi und Reibzeit tj, d. h. durch Reibschweißen, erfolgt,- Making the cohesive connection by the conversion of kinetic energy into heat on the elastic and plastic deformation and the shear d jr near-surface material areas with the working values friction rate Vh, friction pressure pi and friction time tj, d. H. by friction welding, takes place, — die Arbeitswerte Vh, Pi, tj; 1 S h ^ 3;2 ^ i,j ^ 5; mit denen die Proben geschweißt werden, bei allen k Probenserien; 3 ^ k ^ 5; mit einer Probenzahl Im; 9 ^ I ^ 75; 3 ^ m ^ 10; je Serie unverändert bleiben,The working values Vh, Pi, tj; 1 S h ^ 3; 2 ^ i, j ^ 5; with which the samples are welded, on all k sample series; 3 ^ k ^ 5; with a sample number Im; 9 ^ ^ 75; 3 ^ m ^ 10; each series remain unchanged, — die Reibgeschwindigkeit ν für den Vollquerschnitt von Durchmesser d = 2 r (r in m) nach der Gleichung ν = 0,07 m (n in min"1) und für den Hohlquerschnitt vom mittleren Durchmesser dm = 2rm nach der Gleichung ν = 0,1 rn ermittelt und unter Beachtung der Grenzbedingung 0,8 m/s έν^1,6 m/s eingestellt wird,- the friction velocity ν for the solid section of diameter d = 2 r (r in m) according to the equation ν = 0,07 m (n in min " 1 ) and for the hollow section of the mean diameter d m = 2rm according to the equation ν = 0.1 rn is determined and adjusted in compliance with the boundary condition 0.8 m / s έν ^ 1.6 m / s, — der Reibdruck unter Beachtung der Grenzbereichbedingung 20MPa ^p = 60MPa eingestellt wird,- the friction pressure is set in compliance with the limit range condition 20MPa ^ p = 60MPa, — die Probenherstellung nach Erreichen der Reibzeit t, dia den Bedingungen dT/dt = const. --Ound d[AI (t)]/dt = const. Φ 0 genügen muß, beendet wird- The sample preparation after reaching the friction time t, dia the conditions dT / dt = const. --O and d [AI (t)] / dt = const. Φ 0 must be completed — die das Gefüge im Schweißnahtbereich bestimmenden Kausalketten a und b a Temperatur-Temperaturgradient-Abkühlungsgeschwindigkeit, b Temperatur-Umformgrad-Umformgeschwindigkeit-Umformfestigkeit, während der Probenherstellung definiert eingestellt werden, in dem die Reibgeschwindigkeit, der Reibdruck, und die Reibzeit nach vorgegebenen Zusammenhängen- the causal chains a and b a determining the structure in the weld area temperature-temperature gradient-cooling rate, b temperature-forming degree-forming resiliency, are set during the sample preparation defined in which the friction speed, the friction pressure, and the friction time according to predetermined contexts ΔΙ = ntexp(p/öf- 1)hΔΙ = ntexp (p / öf-1) h riι/1riι / 1 Τ(χ) β — χ + Tm
dx
Τ (χ) β - χ + Tm
dx
variiert und eingestellt sowie zusätzlich Kontro'imessungen der axialen Temperaturverteilung und der Schweißteilverkürzung durchgeführt werdenvaried and adjusted and in addition Kontro'imessungen the axial temperature distribution and the Schweißteilverkürzung be performed das Prüfen der Probe vorzugsweise ohne Ausspannen aus der Spanneinrichtung in der zur Herstellung der Probe verwendeten Vorrichtung erfolgt, indem die Probe bei Stillstand des rotierenden Teils mit einer aus äußeren Kräften und/oder Schrumpfungskräften resultierenden kritischen die Warm- oder Kaltrisse auslösenden Zugspannung und gegebenenfalls noch mit einem Torsionsmoment beaufschlagt wird,the sample is preferably carried out without clamping out of the clamping device in the apparatus used for producing the sample by the sample at standstill of the rotating part with a resulting from external forces and / or shrinkage forces critical the hot or cold cracks causing tensile stress and optionally with a torsional moment is applied, der die Warm- oder Kaltrisse auslösende Ursache-Wirkungs-Zusammenhang durch experimentelle Systemanalyse bestimmt wird,the cause-and-effect relationship triggering hot or cold cracks is determined by experimental system analysis, an einer ersten Probenserie die Kausalketten a und b definiert eingestellt und das sich unter der Wirkung der Kausalkette b in der Prozeßzone bei Schweißtemperatur einstellende Gefüge sowie das sich unter der Wirkung der Kausalketten a und b in der Prozeßzone und unter der bei Wirkung der Kausalkette a in den daran angrenzenden Bereichen bei Raumtemperatur einstellende Gefüge und die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften quantitativ bestimmt werden,on a first series of samples, the causal chains a and b defined set and under the action of the causal chain b in the process zone at welding temperature-adjusting structure and under the action of the causal chains a and b in the process zone and under the effect of the causal chain a in the adjoining areas at room temperature adjusting structure and the resulting mechanical-technological properties are quantified, an einer zweiten Probenserie bei allen Probenon a second series of samples for all samples • die Prozeßzone sowie die daran angrenzenden Bereiche durch eine Makroätzung sichtbar gemacht werden,• the process zone as well as the adjoining areas are visualized by a macro-etching, • durch Belasten der Proben vom Querschnitt A mit einer Zugkraft Fz, Fz ^ RmA, die kritische, die Kaltrisse auslösende Zugspannung ermittelt wird,By stressing the samples of the cross-section A with a tensile force F z , F z R m A, the critical, the cold cracking tensile stress is determined • mit den Versuchsergebnissen der ersten Probonserie der Ursache-Wirkungs-Zusammenhang der Kaltrißneigung geschlossen wird,• the cause-effect relationship of the cold cracking tendency is concluded with the test results of the first trial series; — an einer dritten Probenserie bei allen Proben- on a third series of samples for all samples • bei Stillstand des rotierenden Teils die kritische, aus Schrumpfkräften und/oder äußeren Kräften resultierende, die Warmrisse auslösende Zuspannung R ^ Rm(T) aufgebracht wird,The critical stress resulting from shrinkage forces and / or external forces, which causes hot cracks R 1 R m (T), is applied when the rotating part stops, • mit den Versuchsergebnissen der ersten Probenserie der Ursache-Wirkungs-Zusammenhang der Warmrißneigung geschlossen wird.• the cause of the hot crack inclination is deduced from the test results of the first series of samples. Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005042075B3 (en) * 2005-08-31 2007-01-04 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Sample analysis method for preparing a flat sample body makes the sample body available for subsequent analysis/measurement of its cross-sectional surface

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DE102005042075B3 (en) * 2005-08-31 2007-01-04 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Sample analysis method for preparing a flat sample body makes the sample body available for subsequent analysis/measurement of its cross-sectional surface

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