Sicherheitsbetrachtung von additiv gefertigten dickwandigen Komponenten

Abstract

Im Rahmen des BMUKN-geförderten Forschungsvorhabens FKZ 1501663 wurde die sicherheitstechnische Bewertbarkeit additiv gefertigter dickwandiger Komponenten für kerntechnische Anwendungen mittels lichtbogenbasierter additiver Fertigung (WAAM) untersucht. Ziel war der Aufbau der experimentellen und prozesstechnischen Infrastruktur für eine künftige Bewertungsmethodik sowie die Charakterisierung der hergestellten Werkstoffzustände. Es wurde eine robotergestützte Versuchsanlage zum MIG/MAG-Formschweißen aufgebaut und um eine CNC-basierte Bahnplanung erweitert, die gegenüber der klassischen Robotersteuerung eine schicht- und bereichsabhängige Anpassung von Schweißparametern, Wartezeiten und Reinigungszyklen ermöglicht. Mit dem Standardwerkstoff G4Si1 wurden drei dickwandige, rohrförmige Probekörper mit unterschiedlichen Steuerungs- und Bahnplanungsstrategien gefertigt und werkstofftechnisch charakterisiert. Die Untersuchungen zeigten eine ausgeprägte Richtungsabhängigkeit der mechanischen Kennwerte mit rund 30 % geringerer Bruchdehnung quer zur Schweißnaht sowie einen zähigkeitsmindernden Einfluss prozessbedingter Schlackeeinschlüsse. Kontrollierte Zwischenlagentemperaturen und ausreichend steife Grundplatten erwiesen sich als wesentlich zur Beherrschung prozessinduzierter Eigenspannungen und zur Sicherung der Geometrietreue. Insgesamt belegen die Ergebnisse, dass die mechanischen Eigenschaften formgeschweißter Bauteile – anders als bei konventionell gefertigten Komponenten – nicht als richtungsunabhängig angenommen werden dürfen, und liefern damit zentrale Grundlagen für die in Projektphase 2 zu entwickelnde Bewertungsmethodik anhand kerntechnisch relevanter Werkstoffe. Die Projektziele wurden erreicht.