DE10051061C2

DE10051061C2 - Verfahren zur Heissrissprüfung an Werkstoffkombinationen und Probestück zur Durchführung desselben

Info

Publication number: DE10051061C2
Application number: DE2000151061
Authority: DE
Inventors: Christoph Heimerdinger
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2000-10-14
Filing date: 2000-10-14
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2020-10-15
Also published as: DE10051061A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Heißrißprüfung an Werkstoffkombinationen und ein Probestück zur Durchführung desselben.

Auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung spielt die Prüfung der Heißrißempfindlichkeit eine wesentliche Rolle. Hierbei geht es um die Überprüfung der Empfindlichkeit eines Materials gegenüber dem Entstehen von Rissen aufgrund von beim Schweißen hervorgerufenen Spannungen oder Deformationen im Werkstoff. Hierzu sind verschiedene Arten der Heißrißprüfung bekannt, die in zwei Gruppen unterteilt werden können, nämlich zum einen Prüfungen, bei welchen in einem Probestück aufgrund der an einer probeweise ausgeführten Schweißnaht entstehenden Eigenspannungen auftretende Risse ausgewertet werden (Self-Restraint-Type), sowie solche, bei denen aufgrund von künstlich von außen an ein eine Probeschweißung aufweisendes Probestück angelegten Spannungen auftretende Risse ausgewertet werden (Artificially-Restraint-Type). Zu den ersteren gehören u. a. der Fan-Shape-Proben-Test und der Houldcroft-Proben-Test, zu den letzteren der Trans-Varestraint-Test. Diese Tests werden beispielsweise beschrieben in Kazuhiro Nakata und Fukuhisa Matsuda, "EVALUATIONS OF DUCTILITY CHARACTERISTICS AND CRACKING SUSCEPTIBILITY OF AL ALLOYS DURING WELDING", Welding Research Institute of Osaka University, 11-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka, 567 Japan.

Bei den bekannten Heißrißprüfungen wird der Test an einem aus einem einzigen Werkstoff, d. h. einer bestimmten Legierung bestehenden Probestück ausgeführt, wobei an dem Probestück mit definierten Abmessungen entlang einer vorgegebenen Schweißlinie eine fortschreitende Schweißnaht ausgeführt und die Länge von in Richtung der Schweißnaht auftretenden Ris sen als Maß für die Heißrissempfindlichkeit des Werkstoffs ausgewertet wird.

Eine Schwierigkeit besteht darin, die Heißrissempfindlichkeit von Werkstoffkombinationen zu prüfen, bei denen verschiedene Werkstoffe durch eine Schweißnaht miteinander ver bunden werden.

Fig. 2 zeigt eine Fan-Shape-Probe, wie sie herkömmlicherweise zur Prüfung der Heißriss empfindlichkeit eines einzelnen Werkstoffes verwendet wird. Die Fan-Shape-Probe beseht aus einem länglichen Probestück aus einem Blech des zu überprüfenden Materials, welches eine Länge von etwa 150 bis 200 Millimeter aufweist und eine von einem Ende des Probe stücks zum anderen Ende zunehmende Breite aufweist. Das schmale Ende kann eine Breite von beispielsweise 20 Millimeter haben, das breite Ende 60 Millimeter. Für die Prüfung der Heißrissempfindlichkeit wird an dem Probestück vom schmalen Ende her eine Schweißnaht ausgeführt, die in der Mitte des Probestücks, also in dessen Symmetrieachse entlang einer vorgegebenen Schweißlinie verläuft. Die Länge von Rissen, die in Richtung der Schweiß naht vom Anfang derselben an der schmalen Seite des Probestücks auftreten, wird als Maß für die Heißrissempfindlichkeit des Werkstoffs verwendet, indem die Risslänge zur Länge des Probestücks ins Verhältnis gesetzt wird.

Aus SU 1 803 768 A (Derwent Abstract) ist ferner ein Heißrissprüfungsverfahren sowie eine entsprechende Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Dabei werden zwei Teile miteinander verschweißt, wobei das zweite Teil eine spezielle unterteilte Aus gestaltung aufweist. Zur Stabilisierung bzw. Fixierung der Anordnung sind ferner entspre chende Aussparungen vorgesehen.

Nachteilig an dieser Anordnung ist der relativ komplexe Aufbau und die Notwendigkeit ei ner entsprechenden Anordnung der einzelnen Elemente.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Heißrissprüfung an Werkstoffkombinati onen anzugeben. Weiterhin soll ein Probestück zur Durchführung eines solchen Verfahrens geschaffen werden.

Die gestellte Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Weiter hin wird die Aufgabe durch das im Anspruch 11 angegebene Probestück gelöst.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Heißrissprüfung von Werkstoffkombinationen von verschiedenen Legierungen geschaffen, bei dem an einem Probestück mit definierten Abmessungen entlang einer vorgegebenen Schweißlinie eine fortschreitende Schweißnaht ausgeführt und die Länge von in Richtung der Schweißnaht auftretenden Rissen als Maß für die Heißrißempfindlichkeit des Werkstoffs ausgewertet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Probestück aus zwei an der Schweißlinie aneinander stoßenden und aus den verschiedenen Legierungen bestehenden Teilen hergestellt wird, wobei die beiden Teile des Probestücks bis zum Ausführen der Schweißnaht durch eine zwischen den beiden Probestückteilen wirksame kraft- und/oder formschlüssige Verbindung aneinander fixiert sind. Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Probestückteilen ist als Nut-Federverbindung ausgestaltet und dient dazu eine Relativbewegung der beiden Teile aufgrund thermischer Dehnung zu verhindern, wie es bei einem einstückigen, aus einem einzigen Werkstoff gefertigten Probestück der Fall wäre. Der Vorteil ist, daß sich das erfindungsgemäße Probestück bei der Heißrißprüfung vergleichbar einem einstückigen, aus einem einzigen Werkstoff bestehenden Probestück verhält, obwohl es durch eine Werkstoffkombination verschiedener Legierungen gebildet ist.

Vorzugsweise wird die Nut-Federverbindung zwischen den beiden Probestückteilen durch eine mindestens an einem der beiden Probestückteile vorgesehenen, längs der Schweißlinie verlaufenden Vorsprung und eine mindestens an dem anderen der beiden Probestückteile vorgesehene und den besagten Vorsprung aufnehmende und längs der Schweißlinie verlaufende Nut und ein Verpressen derselben hergestellt. Eine solche Verbindung nach Art einer Nut- und Federverbindung, die dann verpresst wird, hat den Vorteil einer festen und sicheren Verbindung der beiden Probestückteile bei gleichzeitig verhältnismäßig einfacher Herstellung derselben.

Die vorgenannte Ausführungsform ist vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß die Nut-Federverbindung einen an jedem der beiden Probestückteile vorgesehenen Vorsprung enthält, der von einer an dem jeweils anderen Probestückteil vorgesehenen Nut aufgenommen wird, wobei sich die Probestückteile im Bereich der Nut-Federverbindung teilweise überlappen und die Vorsprünge in Richtung quer zur Fläche des Probestücks vorspringen und jeweils in die hinter dem anderen Vorsprung ausgebildete Nut eingreifen. Der Vorteil hiervon ist eine hohe Festigkeit der Verbindung.

Die vorher genannte Ausführungsform wird vorzugsweise so weitergebildet, daß die Nut-Federverbindung zwischen den beiden Probestückteilen symmetrisch ausgebildet wird, wobei die beiden Probestückteile im wesentlichen die gleichen Flächenanteile in der Verbindung aufweisen. Der Vorteil hiervon ist es, daß die beiden Probestückteile im wesentlichen den gleichen Anteil an der Nut-Federverbindung haben.

Vorzugsweise entspricht die Breite der Nut-Federverbindung im wesentlichen der Breite der Schweißnaht oder ist kleiner als diese. Der Vorteil hiervon ist ein komplettes Aufschmelzen der mechanisch gefügten Verbindung bei der Ausführung der Schweißnaht.

Vorzugsweise wird das Probestück aus zwei in ihrer Form im wesentlichen gleichen, bezüglich der Schweißlinie symmetrischen Teilen hergestellt.

Weiterhin ist es für das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil, wenn das Probestück eine sich über die Länge der Schweißlinie ändernde Breite aufweist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Probestück als Fan-Shape-Probe ausgebildet.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird das Probestück als Houldcroft-Probe ausgebildet.

Vorzugsweise wird die Schweißnaht an dem Probestück durch Laserstrahlschweißen oder durch Elektronenstrahlschweißen ausgeführt.

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Probestück zur Heißrißprüfung an Werkstoffkombinationen von verschiedenen Legierungen geschaffen, wobei das Probestück definierte Abmessungen aufweist und wobei zur Durchführung der Heißrißprüfung an dem Probestück entlang einer vorgegebenen Schweißlinie eine fortschreitende Schweißnaht ausgeführt und die Länge von in Richtung der Schweißnaht auftretenden Rissen als Maß für die Heißrißempfindlichkeit des Werkstoffs ausgewertet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Probestück aus zwei an der Schweißlinie aneinanderstoßenden und aus den verschiedenen Legierungen bestehenden Teilen gebildet ist, und daß die beiden Teile des Probestücks durch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung aneinander fixiert sind. Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Probestückteilen ist als Nut-Federverbindung ausgestaltet und dient dazu eine Relativbewegung der beiden Probestückteile auf Grund thermischer Dehnung zu verhindern. Der Vorteil hiervon ist es, daß sich das Probestück bei der Durchführung der Heißrißprüfung wie ein einstückiges, aus einem einzigen Werkstoff hergestelltes Probestück verhält, obwohl es aus einer Kombination von zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt ist.

Vorzugsweise ist die Nut-Federverbindung zwischen den beiden Probestückteilen durch einen mindestens an einem der beiden Probestückteile vorgesehenen, längs der Schweißlinie verlaufenden Vorsprung und einem mindestens an dem anderen der beiden Probestückteile vorgesehene und den Vorsprung aufnehmende und längs der Schweißlinie verlaufende Nut und durch ein Verpressen derselben hergestellt. Der Vorteil einer solchen verpressten Nut- und Federverbindung ist eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig einfacher Herstellbarkeit der Verbindung.

Vorzugsweise ist es bei dem vorgenannten Probestück vorgesehen, daß die Nut-Federverbindung einen an jeden der beiden Probestückteile vorgesehenen Vorsprung enthält, der von einer an dem jeweils anderen Probestückteil vorgesehenen Nut aufgenommen wird, wobei sich die Probestückteile im Bereich der Nut-Federverbindung teilweise überlappen und die Vorsprünge in Richtung quer zur Fläche des Probestücks vorspringen und jeweils in die hinter dem anderen Vorsprung ausgebildete Nut eingreifen. Der Vorteil hiervon ist wiederum eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung hiervon sieht es vor, daß die Nut-Federverbindung zwischen den beiden Probestückteilen symmetrisch ausgebildet ist, wobei die beiden Probestückteile im wesentlichen die gleichen Flächenanteile in der Verbindung aufweisen. Dies hat den Vorteil, daß sich die beiden Probestückteile bei der Durchführung der Heißrißprüfung im wesentlichen gleich verhalten.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Breite der Nut-Federverbindung im wesentlichen der Breite der Schweißnaht entspricht oder kleiner als diese ist. Dies gestattet ein komplettes Aufschmelzen der mechanisch gefügten Verbindung.

Vorzugsweise ist das Probestück aus zwei in ihrer Form im wesentlichen gleichen, bezüglich der Schweißlinie symmetrischen Teilen hergestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Probestück eine sich über die Länge der Schweißlinie ändernde Breite.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Probestück als Fan-Shape-Probe ausgebildet.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Probestück als Houldcroft-Probe ausgebildet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben: Es zeigen:

Fig. 1a) in der Draufsicht ein Probestück zur Heißrißprüfung an Werkstoffkombinationen von verschiedenen Legierungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;

Fig. 1b) eine vergrößerte und teilweise Schnittansicht des in Fig. 1a) gezeigten Probestücks; und

Fig. 2 ein Probestück zur Heißrißprüfung eines Werkstoffs nach dem Stand der Technik.

Das in Fig. 1a) in der Draufsicht gezeigte Probestück dient der Durchführung einer Heißrißprüfung an Werkstoffkombinationen von verschiedenen Legierungen. Das Probestück 1 hat die Form einer Fan-Shape-Probe mit definierten Abmessungen, beispielsweise einer Länge von 150 Millimeter und einer sich über die Länge des Probestücks 1 ändernden Breite von beispielsweise 20 Millimeter am schmäleren Ende und 60 Millimeter am breiteren Ende. Das Probestück 1 ist aus zwei Teilen 2, 3 gebildet, die an einer Schweißlinie 5 aneinanderstoßen und aus den verschiedenen Legierungen bestehen, deren Kombination bei der Heißrißprüfung getestet werden soll.

Wie Fig. 1b) zeigt, sind die beiden Formstückteile 2, 3 durch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung 7, 8 aneinander fixiert, die zwischen den beiden Probestückteilen 2, 3 wirksam ist und eine Relativbewegung derselben auf Grund thermischer Dehnung verhindert.

Im einzelnen ist die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung 7, 8 zwischen den beiden Probestückteilen 2, 3 durch jeweils einen an jedem der beiden Probestückteile 2, 3 vorgesehenen Vorsprung 7 und eine ebenfalls an jedem der beiden Probestückteile 2, 3 vorgesehene Nut 8 gebildet, in welche der Vorsprung 7 des jeweils anderen Probestückteils eingreift. Wie im einzelnen ersichtlich ist, überlappen sich die beiden Probestückteile 2, 3 im Bereich der Verbindung 7, 8 teilweise und die jeweiligen Vorsprünge 7 eines jeden der beiden Probestückteile 2, 3 springen in Richtung quer zur Fläche des Probestücks 1 vor und greifen jeweils in die hinter dem Vorsprung 7 des jeweils anderen Probestückteils 3,2 ausgebildete Nut 8 ein. Auf diese Weise wird eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung nach Art einer Nut- und Federverbindung geschaffen, die zwischen den beiden Probestückteilen 2, 3 symmetrisch ausgebildet ist und wobei die beiden Probestückteile 2, 3 im wesentlichen die gleichen Flächenanteile an der Verbindung 7, 8 aufweisen.

Wie aus Fig. 1a) und b) ersichtlich ist, ist das Probestück 1 somit aus zwei in ihrer. Form im wesentlichen gleichen, bezüglich der Schweißlinie 5 symmetrischen Teilen 2, 3 hergestellt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Heißrißprüfung der Werkstoffkombination der verschiedenen Legierungen, aus denen die beiden Probestückteile 2, 3 bestehen, wird an der Schweißlinie 5 eine fortschreitende Schweißnaht 4 ausgeführt, bei der in Fig. 1 gezeigten Fan-Shape-Probe vom schmalen Ende des Probestücks 1 her beginnend, und dann die Länge von in Richtung der Schweißnaht 4 auftretenden Rissen als Maß für die Heißrißempfindlichkeit der Werkstoffkombination ausgewertet. Die Schweißnaht 4 wird vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen oder durch Elektronenstrahlschweißen ausgeführt.

Die Breite der durch den Vorsprung 7 und die Nut 8 gebildeten kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung entspricht im wesentlichen der Breite der Schweißnaht 4 oder ist kleiner als diese, so daß die Verbindung 7, 8 durch die Schweißnaht vollständig aufgeschmolzen wird.

Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann das Probestück auch in Form einer Houldcroft-Probe ausgeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Probestück

2

Probestückteil

3

Probestückteil

4

Schweißnaht

5

Schweißlinie

6

Riß

7

Vorsprung

8

Nut

Claims

1. Verfahren zur Heißrissprüfung an Werkstoffkombinationen von verschiedenen Le gierungen, bei dem an einem Probestück (1) mit definierten Abmessungen entlang einer vorgegebenen Schweißlinie (5) eine fortschreitende Schweißnaht (4) ausgeführt und die Länge von in Richtung der Schweißnaht (4) auftretenden Rissen (6) als Maß für die Heiß rissempfindlichkeit des Werkstoffs ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) aus zwei an der Schweißlinie (5) aneinanderstoßenden und aus den ver schiedenen Legierungen bestehenden Teilen (2, 3) hergestellt wird, wobei die beiden Teile (2, 3) des Probestücks (1) bis zum Ausführen der Schweißnaht (4) durch eine Nut-Feder verbindung (7, 8) gegen eine Relativbewegung aufgrund thermischer Dehnung aneinander fixiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut- Federverbindung (7, 8) zwischen den beiden Probestückteilen (2, 3) durch einen mindes tens an einem der beiden Probestückteile (2, 3) vorgesehenen, längs der Schweißlinie (5) verlaufenden Vorsprung (7) und eine mindestens an dem anderen der beiden Probestück teile (3) vorgesehene und den Vorsprung (7) aufnehmende und längs der Schweißlinie (5) verlaufende Nut (8) und ein Verpressen derselben hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder verbindung (7, 8) einen an jedem der beiden Probestückteile (2, 3) vorgesehenen Vor sprung (7) enthält, der von einer an dem jeweils anderen Probestückteil (2, 3) vorgesehenen Nut (8) aufgenommen wird, wobei sich die Probestückteile (2, 3) im Bereich der Nut- Federverbindung (7, 8) teilweise überlappen und die Vorsprünge (7) in Richtung quer zur Fläche des Probestücks (1) vorspringen und jeweils in die hinter dem anderen Vorsprung (7) ausgebildete Nut (8) eingreifen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Federver bindung (7, 8) zwischen den beiden Probestückteilen (2, 3) symmetrisch ausgebildet wird, wobei die beiden Probenstückteile (2, 3) im wesentlichen die gleichen Flächenanteile in der Verbindung (7, 8) aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Nut-Federverbindung (7, 8) im wesentlichen der Breite der Schweißnaht (4) ent spricht oder kleiner als diese ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) aus zwei in ihrer Form im wesentlichen gleichen, bezüglich der Schweißlinie (5) symmetrischen Teilen (2, 3) hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) eine sich über die Länge der Schweißlinie (5) ändernde Breite aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) als Fan-Shape-Probe ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) als Houldcroft-Probe ausgebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (4) durch Laserstrahlschweißen oder durch Elektronenstrahlschweißen ausgeführt wird.

11. Probestück zur Heißrissprüfung an Werkstoffkombinationen von verschiedenen Legierungen, wobei das Probestück (1) definierte Abmessungen aufweist und wobei zur Durchführung der Heißrissprüfung an dem Probestück (1) entlang einer vorgesehenen Schweißlinie (5) eine fortschreitende Schweißnaht (4) ausgeführt und die Länge von in Richtung der Schweißnaht (4) auftretenden Rissen (6) als Maß für die Heißrissempfindlich keit des Werkstoffs ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) aus zwei an der Schweißlinie (5) aneinanderstoßenden und aus den verschiedenen Legie rungen bestehenden Teilen (2, 3) gebildet ist, und dass die beiden Teile (2, 3) des Probe stücks (1) durch eine Nut-Federverbindung (7, 8) gegen eine Relativbewegung aufgrund thermischer Dehnung aneinander fixiert sind.

12. Probestück nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder verbindung (7, 8) zwischen den beiden Probestückteilen (2, 3) durch einen mindestens an einem der beiden Probestückteile (2, 3) vorgesehenen, längs der Schweißlinie (5) verlau fenden Vorsprung (7) und eine mindestens an dem anderen der beiden Probestückteile (3) vorgesehene und den Vorsprung (7) aufnehmende und längs der Schweißlinie (5) verlau fende Nut (8) und ein Verpressen derselben gebildet ist.

13. Probestück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder verbindung (7, 8) einen an jeden der beiden Probestückteile (2, 3) vorgesehenen Vorsprung (7) enthält, der von einer an dem jeweils anderen Probestückteil (2, 3) vorgesehenen Nut (8) aufgenommen ist, wobei sich die Probestückteile (2, 3) im Bereich der Nut-Feder- Verbindung (7, 8) teilweise überlappen und die Vorsprünge (7) in Richtung quer zur Fläche des Probestücks (1) vorspringen und jeweils in die hinter dem anderen Vorsprung (7) aus gebildete Nut (8) eingreifen.

14. Probestück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder verbindung (7, 8) zwischen den beiden Probestückteilen (2, 3) symmetrisch ausgebildet ist, wobei die beiden Probestückteile (2, 3) im wesentlichen die gleichen Flächenanteile in der Verbindung (7, 8) aufweisen.

15. Probestück nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Nut-Federverbindung (7, 8) im wesentlichen der Breite der Schweißnaht (4) entspricht oder kleiner als diese ist.

16. Probestück nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) aus zwei in ihrer Form im wesentlichen gleichen, bezüglich der Schweißlinie (5) symmetrischen Teilen (2, 3) hergestellt ist.

17. Probestück nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) eine sich über die Länge der Schweißlinie (5) ändernde Breite (b) aufweist.

18. Probestück nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) eine Fan-Shape-Probe ist.

19. Probestück nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Probestück (1) eine Houldcroft-Probe ist.