Ein hoher Werkstoffwiderstand, der mit Werkstoffqualität gleichzusetzen ist, entscheidet über die Geschwindigkeit und das Ausmaß des potentiellen Risswachstums bei teilkristallinen und unpolaren Kunststoffen. Diese Polyethylene (PE) werden nicht nur mit der Heizelementstumpfschweißung behandelt, sondern auch mit Elektroschweißmuffen und Anbohrschellen. Um die Festigkeit dieser Verbindungen zu erhöhen führt man eine Co-Kristallation auf der Fugeebene herbei um die polymeren Rohrsysteme für die Industrie nutzbar zu machen. Doch nicht nur bei Kunststoff kommt es auf die Werkstoffqualität an…
Werkstoffqualität und Versagensverhalten
Um die Werkstoffqualität zu testen werden in fertige Schweißnähte kleinste Risse mit Rasierklingen eingearbeitet und dann unter erhöhter Temperatur zwischen 80 und 95° Grad Celsius Stress ausgesetzt. Das Bruchverhalten und Rissverhalten klärt über die Haltbarkeit und maximale Stärke des Stoffes auf. Dabei sind drei Arten des Versagens zu beobachten:
chemische Alterung, sprödes Versagen und duktiles Versagen (plastische Verformung bis zum Versagenspunkt).
Werkstoffe mit höherer Qualität haben in all diesen Punkten einen wesentlich schwerer zu erreichenden Versagenspunkt unter Belastung, das beste Beispiel für Werkstoffqualität sind hierbei wohl Heizstoffkörper, da diese permanent physischen und thermalen Stress ausgesetzt sind. Die inhomogene Nutzung von „Zwischenstoffen“ beim Schweißen sorgt häufig für unterschiedliche thermale und physische Resistenzen der Vebrindung, weshalb eine Auswahl des richtigen Werkstoffes so wichtig ist. Dies gilt sowohl für Metall als auch Polyethylene.
Mikromechanik und Rissinitiierung
Die Rissinitiierung erfolgt bei Tests künstlich und tritt in Fallbeispielen meist unter übermäßiger Belastung oder fehlenden Wartungsarbeiten auf. Ein Blick auf die Mikromechanik verrät, dass die Schweißnähte meist die Sollbruchstelle einer Verbindung darstellen – doch warum eigentlich? Kann man nicht den Stoff mit der höchsten Werkstoffsqualität nutzen und eine bestehende Verbindung von außen verstärken? Jain. Natürlich sind weitere Sicherheitsmaßnahmen förderlich für das Versagensverhalten unter Belastung, doch sind Schweißnähte gerade wegen ihrer Materialmischung anfälliger als der reine Wandstoff. Besonders die Verbindung von ferritischen und austenitischen Stoffen, die unter anderem in Druckwasserreaktoren genutzt wird, sorgt für eine komplizierte Verbindung – der Stoff muss die Kohlestoffwanderung des Stoffes unterbinden, Hitze, Feuchtigkeit und Druck standhalten und einen angepassten Wärmeausbreitungskoeffizienten haben.
Mittlerweile ist es mögliche integre Mischschweißnähte so zu analysieren, dass man das Riss- und Bruchverfahren vorraussagen kann.