Blick durchs Mikroskop: Wenn Dendriten wie Tannenbäume aussehen
12. Dezember 2019
Die Aufnahme zeigt Dendriten, die aussehen wie Tannenbäume.
„Ja, ist denn heut schon Weihnachten?“ – so lautete vor Jahren der bekannte Satz aus einem TV-Werbespot. Passend zur vorweihnachtlichen Zeit beschäftigte die Prüfer des Materialtest- und ExpertCenters der W.S. Werkstoff Service GmbH eine ungewöhnliche Frage: Inwiefern tragen Tannenbäume aus metallurgischer Sicht zur Festigkeit einer Schweißverbindung bei?
Die kurze Antwort lautet: gar nicht – wie die folgende Untersuchung zeigt.
Untersuchung eines kleinen Schweißpunktes
Der Hintergrund der Untersuchung war die Schweißnahtanalyse eines abgerissenen, sehr kleinen Schweißpunktes eines Drahtes. Selbst einem fraktografischen Laien fallen beim Blick auf die beiden Bruchflächenhälften in Abb. 1 deutliche Unterschiede auf.
Die rechte Hälfte zeigt eine typische Ermüdungsbruchfläche mit klar erkennbaren Schwingstreifen – ein in der Fraktografie vergleichsweise häufig beobachtetes Schadensbild.
Überraschung auf der Bruchfläche
Die linke Bruchflächenhälfte bot dagegen eine unerwartete Struktur: In den Poren einer Heißrissfläche fanden sich zahlreiche dendritische Erstarrungsstrukturen, deren Form stark an kleine Tannenbäume erinnert. Diese dendritischen Strukturen entstehen während der Erstarrung des Schweißguts, wenn flüssiges Metall innerhalb eines Hohlraums oder Risses erstarrt.
Heißrisse als Ausgangspunkt für Ermüdungsschäden
Zur eingangs gestellten – nicht ganz ernst gemeinten – Festigkeitsfrage lässt sich daher klar sagen: Ein Heißriss trägt selbstverständlich nicht zur Festigkeit einer Schweißverbindung bei. Ganz im Gegenteil: Er stellt eine geometrische Kerbe dar und wirkt damit als Spannungskonzentrator.
Im vorliegenden Fall hat diese Kerbwirkung offensichtlich die Einleitung eines Ermüdungsrisses erheblich begünstigt, der schließlich zum Versagen des Schweißpunktes führte.
