Werkstofftechnisch basiertes Abschreckmodell für die Simulation des Unterwasserschweißens

Vorhabenbeschreibung:

Die Ausweitung der Arbeits- und Lebensräume auf maritime Gebiete zieht einen wachsenden Bedarf am Unterwasserschweißen nach sich. Durch den hohen Wärmeübergang zum Wasser werden beim nassen Unterwasserschweißen in und um die Fügestelle sehr hohe Abkühlgeschwindigkeiten verursacht. Insbesondere bei den zunehmend für maritime Bauwerke eingesetzten höherfesten Stählen führt die damit einhergehende Bildung von Martensit und Bainit zu einer Versprödung der Schweißnaht und zu einer erhöhten Bruchgefahr unter Betriebsbedingungen. Zusätzlich zieht das rasche Abschrecken der Konstruktion Eigenspannungen nach sich, die sich nachteilig auf die Gebrauchseigenschaften auswirken können. Die strukturmechanische Schweißsimulation wird heute vielfach erfolgreich eingesetzt. Für ihre Anwendung auf Unterwasserschweißaufgaben fehlen derzeit noch wesentliche Voraussetzungen, die durch das beantragte Forschungsvorhaben geschaffen werden sollen. Hierzu zählen insbesondere die Charakterisierung des Werkstoffverhaltens unter thermischer Beanspruchung beim nassen Unterwasserschweißen und die Bestimmung des Wärmeübergangs zwischen Bauteil und Wasser unter Berücksichtigung unterschiedlicher Schweißsituationen. Das hier entwickelte Simulationsmodell kann durch computergesteuerte Unterwasserschweißungen in einer Innenüberdruckschweißkammer verifiziert werden, bevor durch eine enge Zusammenarbeit mit den Unternehmen des projektbegleitenden Ausschlusses konkrete Anwendungsfälle simuliert werden, um durch Parameterstudien Möglichkeiten zur Verbesserung der Schweißnahtqualität herauszuarbeiten. Das Unterwasserschweißen stellt in Deutschland eine wichtige Technologie dar, für die der Bedarf in den kommenden Jahren ansteigen wird. Beispielsweise müssen die in den letzten Jahren errichteten Offshore-Strukturen in absehbarer Zeit repariert oder instandgesetzt werden. Das gleiche gilt für entsprechende Brückenbauwerke. Für allgemeine Baustähle ist die Technologie heute Stand der Technik. Doch für die höher- und höchstfesten Stähle ist das nicht der Fall. Daher können die Ergebnisse dieses Vorhabens dazu beitragen, den Prozess für diese Werkstoffe besser zu verstehen bzw. die Planung und Auslegung entsprechender Konstruktionen zu vereinfachen und letztlich auch Kosten einzusparen, weil aufwändige Schweißversuche wegfallen. Der potentielle Nutzerkreis wird als groß eingeschätzt, weil die ausführenden Firmen fast ausschließlich KMU sind. Die Maßnahmen zum Ergebnistransfer entsprechen dem üblichen Umfang und sind Erfolg versprechend. Der Projektbegleitende Ausschuss spiegelt den potentiellen Nutzerkreis ausreichend wider.