Projektkurzbeschreibung

Untersuchung der Tragmechanismen neuartiger, kleinskaliger Pin-Verbundmittel zwischen Stahl und Beton

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
DFG
Laufzeit:
01.02.2014 bis 31.01.2016
Projektnummer:
RE 2755/32-1

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Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Das sogenannte Pinschweißen ist ein Metallschutzgas-Schweißverfahren (MSG) auf Basis eines Kurzlichtbogenprozesses, die u.a. durch ihre geringe Abschmelzleistung charakterisiert sind. Durch die Energieeinbringung, die maßgeblich durch den Prozessschritt des Kurzschlusses bestimmt wird, kommt es bei üblichen MSG-Verfahren zu Wärmeverzug, der zu Veränderungen der Fugengeometrie und Spaltweite führen kann.
Diese Nachteile lassen sich jedoch durch Anwendung neuartiger, digital geregelter Kurzlichtbogenprozesse weitgehend ausschließen, die bei gleicher Abschmelzleistung die eingebrachte Energie reduzieren.
Eine Verfahrensart beruht auf der Energieabsenkung in der Kurzschlussphase. Dabei wird der Draht mechanisch nach Detektion des Spannungsabfalls im Kurzschluss aus dem Schmelzbad herausgezogen und gleichzeitig der Kurzschlussstrom auf ein bestimmtes Sollmaß reduziert.
Im Zuge dieser Entwicklung wurde festgestellt, dass die Kombination aus Stromführung und dynamischer Bewegung des Drahtes die Möglichkeit des Pinschweißens eröffnet. Erstmalig können in einem Schritt direkt aus dem Schweißdraht kleinskalige Bolzen geformt und mit dem Grundmaterial stoffschlüssig verbunden werden. Durch einen ersten Stromimpuls und eine entsprechende Drahtführung wird der Schweißdraht auf dem Grundmaterial angeschweißt. Durch die Stromführung während eines abgestimmten Drahtrückzugs wird der Draht darauf folgend aufgetrennt.
Eine Variante des Prozesses erzeugt Pinstrukturen mit kugelförmigen Köpfen, indem der getrennte Drahtbereich durch einen zweiten Impuls in den schmelzflüssigen Zustand gebracht wird und sich durch die Oberflächenspannung zu einer Kugel formt. Die Pinstrukturen lassen sich dann als formschlüssige Elemente für den Verbund mit anderen Materialien, wie beispielsweise Beton, nutzen.
Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die grundlegende Untersuchung und Modellierung von Pinstrukturen, sowohl die schweißtechnische Herstellung als neuartige Verbundmittel, als auch das Trag- und Verformungsverhalten im Stahl-Beton-Verbund. Dabei stehen insbesondere hochfeste Materialien im Fokus, die dünnwandige Konstruktionen ermöglichen.