Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Nutzung von Potentialen höherfester Stähle durch Schweißprozessoptimierung und Entwicklung neuer lokaler Bemessungskonzepte

In allen bekannteren Bemessungsrichtlinien zur Bemessung von Schweißnähten sind die Schwingfestigkeitskennwerte unabhängig von der Werkstofffestigkeit. Dies kann durch die hohe Kerbempfindlichkeit der hochfesten Stähle erklärt werden. In vielen Untersuchungen konnte jedoch auch gezeigt werden, dass bei einem Vorliegen von milden Nahtübergangsradien und im Besonderen bei nachbehandelten Nähten an hochfesten Stählen eine signifikante Schwingfestigkeitssteigerung möglich ist.

In dem geplanten Vorhaben soll daher das Potential höherfester Stähle im Hinblick auf den Einsatz in schwingbeanspruchten Schweißkonstruktionen untersucht werden. Hierzu gehört die phänomenologische Klärung des Zusammenhangs zwischen Schwingfestigkeit und herstellungsbedingter Güte der Verbindungen und der Frage, wie diese durch fertigungstechnische Maßnahmen praxisgerecht im erforderlichen Maße erhöht werden kann. Bei diesen Untersuchungen liegt der Fokus auf der Optimierung von konventionellen Schweiß- und Nachbehandlungsverfahren.

Die hierbei erarbeiten Kenntnisse sollen schließlich in ein erweitertes kerbspannungsbasiertes Bemessungskonzept einfließen, dass den speziellen Eigenschaften und Anforderungen hochfester Stähle in besonderem Maße gerecht wird und diesen den verstärkten Einzug in schwingbeanspruchte Konstruktionen ermöglicht.

Die Erweiterung umschließt im Detail drei wesentliche Aspekte:

1) die Berücksichtigung der Festigkeit der Grund- und Zusatzwerkstoffe,

2) die Berücksichtigung der tatsächlich vorliegenden Nahtgeometrie und

3) die Berücksichtigung der Schweißeigenspannungen.

Zum Erreichen dieser Ziele ist ein umfangreiches Untersuchungsprogramm erstellt worden, das experimentelle und numerische Untersuchungen wie auch methodische Arbeiten umschließt.

Durch den Fokus der Untersuchungen auf konventionelle Füge- und Nachbehandlungsverfahren ist eine sofortige Umsetzung der Forschungsergebnisse auch für kleine Unternehmen gewährleistet.

Ergebniszusammenfassung:

Thema:

Nutzung von Potentialen höherfester Stähle durch Schweißprozessoptimierung und Entwicklung

neuer lokaler Bemessungskonzepte

Ergebnisse:

In dem Vorhaben wurde das Potential höherfester Stähle im Hinblick auf den Einsatz in

schwingbeanspruchten Schweißkonstruktionen untersucht. Hierzu gehört die phänomenologische Klärung des

Zusammenhangs zwischen Schwingfestigkeit und herstellungsbedingter Güte der Verbindungen und der Frage, wie diese durch fertigungstechnische Maßnahmen praxisgerecht im erforderlichen Maße erhöht werden kann. Bei diesen Untersuchungen lag der Fokus auf der Optimierung von konventionellen Schweiß- und Nachbehandlungsverfahren.

- Eine Verbesserung der Schwingfestigkeit konnte durch optimierte Schweißparameter für das MAG-Schweißen nicht erreicht werden. Durch Schweißnahtnachbehandlungen wie bspw. WIG-Wiederaufschmelzen oder Kugelstrahlen konnte die Schwingfestigkeit deutlich gesteigert werden.

- Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung höherfester Stähle auch höhere Ermüdungsfestigkeiten erzielbar sind, jedoch ist dies nicht immer der Fall. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Variation der Schweißparameter große Unterschiede in äußeren geometrischen Merkmalen (Verzug, Nahtübergangsradius, etc.) zur Folge hat, die sich wiederum signifikant auf die Ermüdungsfestigkeit auswirken. Insbesondere die Schweißeigenspannungen haben sich als großer Einflussparameter herausgestellt. Diese können zwar methodisch mit in die Schwingfestigkeitsbewertung integriert werden, sind jedoch in der Konstruktionsphase nur sehr schwer zu quantifizieren.

- Es wurde ein Bewertungskonzept auf Grundlage von Effektivspannungen entwickelt, welches das Schwingfestigkeitsverhalten geschweißter Proben durch Berücksichtigung der Härte am Versagensort zuverlässig beschreiben kann.