2. Metallographische Analyse des Kohlenstoffstahlsubstrats

Die Leermorphologie im Kohlenstoffstahlsubstrat der Verbundplatte vor dem Spinnen ähnelt der des Materials vor der Verarbeitung. Nach dem kalten Spinnen erhöhen sich jedoch die Anzahl und der Durchmesser der Hohlräume deutlich. Dies geschieht, weil die Kohlenstoffstahlbasis während des Kaltspinnens durch wiederholte Kraftanwendungen kalt ausgehärtet wird. Dies führt zu einer Dislokationsansammlung und Veränderungen der metallographischen Struktur. Diese Veränderungen in der Hohlgröße und Verteilung sind die Hauptursache für Materialreiß und Ausfall.

2.2 Metallographische Analyse von Edelstahlsplitzschweißen

Die Spleißschweißungen auf der Edelstahlplatte wurden durch doppelseitiges manuelles Bogenschweißen hergestellt, was zu doppelseitigen Formationen ohne Reparaturschweißen führt. Die Schweißung auf der Seite, die mit der Kohlenstoffstahlbasis verbunden ist, ist die Sekundärschweißung, während die Schweißung auf der Innenwandfläche des Kopfes die Primärschweißung ist. Zwischen den beiden Schweißen besteht aufgrund einer unzureichenden Durchdringung während der zweiten Schweißung ein geometrischer Defekt von weniger als 2 mm Größe. Dieser Defekt bildet eine kontinuierliche lineare Schweißimperfektion entlang des Schweißzentrums.

Diese Schweißdefekte wurden während des Kaltspornprozesses zu Rissinitiationspunkten. Eine weitere Vergrößerung dieser Mängel zeigt eine bevorzugte Rissinitiation an ihren Kanten. Somit wird der lineare Schweißdefekt in der Edelstahlplatte als primäre Quelle des inneren Reißes im Verbundplattenkopf identifiziert.

2.3 Scannenelektronenmikroskopie (SEM)

Die SEM-Analyse der Frakturproben ergab, dass die Frakturen der Edelstahlkompositplatten eine charakteristische plastische gleichachsige Dimpelstruktur aufweisen, die auf einen Überlastplastikbruch hinweist. Ebenso zeigen die Kohlenstoffstahlsubstratbrüche eine Kunststoffdimpelstruktur, jedoch mit erheblichen Größenvarianzen. Viele ungewöhnlich große Gruben wurden beobachtet, die mit Materialinkonsistenzen und Leeren in der metallographischen Struktur verbunden waren. Diese Hohlräume sind eine wichtige Quelle der großen Gruben in den Frakturen.

Zusammenfassung

1. Schweißdefekte als Quelle des Rissens
   Die linearen Mängel in den doppelseitigen manuellen Bogenschweißungen der Edelstahlplatte, die entlang der Schweißzentrum verteilt sind, waren eine kritische Quelle für Risse bei der Herstellung des DN6200-Verbundplattenkopfes. Wiederholte Kräfte während des Spinnprozesses verursachten, dass sich diese Risse ausbreiteten, was letztlich zu einem Kopfausfall durch Überlastung führte.

2. Kohlenstoffstahl Substrat Hohlräume
   Die zahlreichen Hohlräume im Kohlenstoffstahlsubstrat waren für die Bildung von ungewöhnlich großen Gruben bei Überlastbrüchen verantwortlich. Diese Hohlräume tragen zu den ungleichmäßigen Eigenschaften des Materials bei und sind Bereiche, in denen Risse am wahrscheinlichsten auftreten. Die Zunahme der Leeranzahl und -größe ist in erster Linie auf die wiederholten äußeren Kräfte während des Kaltspinningsprozesses zurückzuführen, die eine Kalthartung, eine Dislokationsansammlung und Veränderungen der metallographischen Struktur verursachten.

3. Empfehlungen

   • Kontrolle von Leeren:Es sollten Anstrengungen unternommen werden, um die Anzahl und Größe von Hohlräumen im Kohlenstoffstahlsubstrat zu minimieren, um potenzielle Mängel zu reduzieren, die durch Kaltbearbeitung verschärft werden.
   • Schweißqualität:Die Qualität der Spleißschweißen muss streng kontrolliert werden. Insbesondere beim manuellen Bogenschweißen von Edelstahlplatten ist eine gründliche Inspektion der Spleißschweißungen unerlässlich, um versteckte innere Mängel zu beseitigen und eine zuverlässige Schweißintegrität zu gewährleisten.