Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen an Bauteilen aus hochwarmfesten Stählen

Druckbehälter mit großen Wanddicken (250 bis 500 mm) aus hochwarmfesten, niedriglegierten Stählen werden hauptsächlich mittels Mehrdraht-Unterpulver(UP)-Prozess geschweißt. Der damit verbundene hohe Energieeintrag führt unter anderem zu hohen lokalen Schweißeigenspannungen, welche bei unsachgemäßer Prozessführung der notwendigen Wärmenachbehandlung (PWHT, post weld heat treatment) zu Spannungsrelaxationsrissen (SRR) führen. Bislang erfolgte die Beurteilung der SRR-Neigung primär über Ersatzgrößen wie temperaturbedingte Änderung der Härte und Duktilität. Die Wirkung der konstruktiven Schrumpfbehinderung einer Schweißnaht auf die SRR war bislang völlig unbekannt. Hier setzte das im Beitrag vorgestellte Forschungsprojekt an, indem es sich auf die Gewinnung und Optimierung der Parameter für das PWHT unter realitätsnahen Bauteilsteifigkeiten (definierte Einspannbedingungen) konzentrierte. Das Ziel war es, das Auftreten von SRR zu vermeiden. Am Beispiel des niedriglegierten, hochwarmfesten Stahls 13CrMoV9 10 wurden UP-Schweißversuche unter industriepraktischen Bedingungen freischrumpfend bzw. unter definierter Schrumpfbehinderung durchgeführt. Die so hergestellten Schweißungen wurden mit unterschiedlichen PWHTSzenarien (Variation der Aufheizrate und Endtemperatur) beaufschlagt. Die Ergebnisse, wie Aussagen zur SRR-Suszeptibilität in Abhängigkeit von Mikrostruktur und vorliegender mehrachsiger mechanischer Beanspruchung der Schweißnaht während des PWHT, werden in diesem Beitrag vorgestellt. Für einen kritischen Zustand sind hohe Kräfte bzw. Spannungen notwendig, die in Schweißversuchen mit freischrumpfenden Proben nicht abbildbar sind. Instrumentierte Schweißversuche unter definierter Schrumpfbehinderung ermöglichten hier das Monitoring der entstehenden Reaktionskräfte und -momente bzw. Spannungen. Ausgehend von diesem Referenzzustand erfolgte die Applikation der PWHT-Szenarien und deren praktische Überprüfung.