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AIF Nr. 1150: 2BeSafe Bewertung der Betriebsfestigkeit sicherheitsrelevanter, hartgelöteter Fügeverbunde

Kurzfassung: 

Forschungsschwerpunkt ist die Ermittlung der Betriebsfestigkeit von Hartlötverbindungen. Im Fokus der Untersuchungen stehen industrierelevante Lötverbindungen aus nichtrostenden Edelstahl 1.4301, die mit einem pastenförmigen Kupferlot gefügt werden. Aufbauend auf der Begutachtung von Realbauteilen wurden Scher- und Schälzugproben für die Schwingversuche konstruiert, die eine umfassende Analyse zuließen. Neben der Untersuchung des Fertigungsprozesses und der Auswirkung auf die Ausbildung der Hohlkehle wurde im Rahmen einer detaillierten Qualitätssicherung eine Vielzahl an geometrischen Kennwerten aller gelöteten Proben aufgenommen, um deren Einfluss auf die Betriebsfestigkeit zu analysieren. Die Ergebnisse wurden im Anschluss auf einen anwendungsnahen Demonstrator, am Beispiel einer gelöteten Rohrverbindung, übertragen.

 

Für die Analyse der Betriebsfestigkeit sind Schwingfestigkeitsversuche mit Scherzug- und Schälzugproben sowie Demonstratoren durchgeführt worden. Die Geometrie der hergestellten Proben und die Lotverteilung wurden untersucht.

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Wie Dargestellt kann es beim Löten zum Versatz der Bleche kommen die zur Überprüfung der Schwingfestigkeit verwendet wurden. In der folgenden Abbildung ist der Versuchsaufbau zur Messung des Versatzes zu entnehmen.

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Die Überprüfung der Lötverbindung der Schälzug- und Scherzugproben wurde mit Hilfe der Ultraschallprüfung in Tauchtechnik durchgeführt, dabei ist ein fokussierender Prüfkopf verwendet worden. Der Fokuspunkt wurde dabei auf die Lötnaht gerichtet. Das sich ergebende C-Bild lässt eine Bewertung der Lötverbindung zu.

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Das C-Bild der Ultraschallprüfung ist in der folgenden Abbildung auf die Schälzugprobe projiziert worden um die Verteilung des Lötguts mit der Probengeometrie in Verbindung setzen zu können.

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Anschließend ist der Schwingversuch mit den Proben und den Demonstratoren durchgeführt werden.

Die folgenden Bilder zeigen die Risse an den Seiten der Demonstratoren nach dem Versuch und die Versagten Schälzug- und Scherzugproben.

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Eine mögliche Ursache für das Versagen der Proben können Hohlräume mit frei erstarrten Dendriten sein, wie in folgender Abbildung zu sehen ist, von denen aus das Risswachstum begann.

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Literaturstellen: 

  1. W. Tillmann, N. Sievers, M. Manka, L. Wojarski, R. Zielke: „Einsatz von zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Analyse der Betriebsfestigkeit von Hartlötverbindungen“, DGZfP-Jahrestagung in Potsdam 2014, Berichtsband – 148 CD, ISBN 978-3-940283-61-0
  2. J. Baumgartner, H. Kaufmann, D. Matthes, K. Bobzin, N. Sievers, W. Tillmann: „Bewertung der Betriebsfestigkeit sicherheitsrelevanter, hartgelöteter Fügeverbunde“ – Zwischenbericht des IGF-Vorhabens 17.766N, 2015
  3. K. Bobzin, M. Öte, S. Wiesner, D. Matthes, W. Tillmann, N. Sievers, M. Manka, R. Zielke, L. Wojarski, J. Baumgartner, T. Melz: „Einfluss der Lotkehle auf die Schwingfestigkeit von hartgelöteten Verbindungen“, DVS-Berichte Band 315, S.578 – 583, ISBN: 978-3-945023-46-4, 2015
  4. J. Baumgartner, W. Tillmann, K. Bobzin, L.. Wojarski, M. Öte, M. Manka, S. Wiesner, N. Sievers: „Fatigue strength of brazed components considering the influence of brazing quality, mean stresses and loading type”, LÖT 2016 - 11th Conference on Brazing, High Temperature Brazing and Diffusion Bonding, DVS-Berichte Band 325, S. 347-352, ISBN 978 3 945023 64 8, 2016, Aachen