Die 25 Meter langen Stahlgehäuse der Feststoffraketen (Booster) der europäischen Trägerrakete ARIANE 5 mit einem Durchmesser von ca. 3 Metern werden bei MAN-Technologie AG Augsburg gefertigt. Zur Auslieferung wurden die 9 Einzelteile (7 Zylinder und 2 Dorne) in der Vergangenheit mit massereichen Clevis/Tang 'Factory'-Scherbolzenverbindungen zu 3 Segmenten unterschiedlicher Länge gefügt. Nach dem Befüllen der 3 Einzelsegmente mit Treibstoff wurden diese auf dem Startgelände durch ähnliche 'Field Joints' zu einem kompletten Booster montiert. Nach einer mehrjährigen Entwicklungs- und Erprobungszeit werden nun die Fügestellen innerhalb der Segmente mit dem Elektronenstrahl geschweisst. Die vertikale, modular aufgebaute Vakuumkammer hat einen Durchmesser von 5 m im unteren Teil und 3,5 m im oberen Teil; die lichte Höhe der Kammer beträgt 13 m. Die Wanddicke des Feststoff-Motorgehäuses in den zylindrischen Bereichen beträgt 8,1 mm und im Schweissnahtbereich 12,0 mm. Diese Aufdickung reduziert zwar die auftretenden Spannungen, führt aber auch zu zusätzlichen Biegebelastungen. Qualifiziert wurde diese Schweissverbindung am vergüteten Stahl 48 CrMoNiV 4 10 nach lokalem Tempern durch umfangreiche Werkstoffuntersuchungen bzgl. Festigkeit und Bruchzähigkeit. Zusätzlich wurden zwei Modelle gebaut, die den Gehäusen in Durchmesser und Schweiss-Wanddicke entsprachen. Die Zylinderlänge war aber von 3,3 m auf 0,5 m verkürzt. Die Modelle wurden mit Innendruckzyklen belastet und dann geborsten. Das erste Originalgehäuse, das in einem Abbrenntest von modifiziertem Treibstoff (ARTA 3-Programm) seine Verwendung findet, wurde erfolgreich geschweisst und im Oktober 2003 ausgeliefert. Bei der Auslegung und Bewertung der Schweissnaht wurden lokale Werkstoffmodelle berücksichtigt. Werkstoffzustände, die beim Elektronenstrahlschweissen nur in Zonen von unter einem Millimeter Breite auftreten, wurden in einer Schweisssimulationsanlage (Gleeble) nachgebildet. Aufgrund dieser detaillierten Werkstoffkenntnisse und der Anwendung von Schädigungsmodellen zur bruchmechanischen Charakterisierung im elastisch-plastischen Bereich konnten genaue bruchmechanische Berechnungsverfahren in Entwicklungsversuchen qualifiziert werden. Es konnte ein Katalog für zulässige Fehler in der Schweissnaht erstellt werden, ohne dabei unnötige Sicherheitsmargen verwenden zu müssen. Die Qualität in der Serienproduktion wird durch Schweissproben, Schweissverfahrensproben, Keilproben und die numerische Aufzeichnung von Schweissparametern sichergestellt.
Electron beam welding of ARIANE 5 booster cases
Elektronenstrahlschweißen der ARIANE-5-Boostergehäuse
2004
6 Seiten, 11 Bilder, 1 Tabelle, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
The Ariane-5 Booster Facilities
Online Contents | 1993
|Ariane liquid booster trade off
AIAA | 2001
|Damage Tolerance Verification Concept of the Ariane 5 Booster Welding Interface
British Library Conference Proceedings | 2001
|Development of the Ariane 5 booster case
AIAA | 1994
|Development of the ARIANE 5 Booster Case
British Library Conference Proceedings | 1994
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