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Tuesday, September 15, 2015, Saal Petersburg 12:15 PM Nutzfahrzeugbau |
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Betriebsfeste Bemessung von LCF-beanspruchten MAG-Schweißverbindungen für den Einsatz im Kranbau |
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Benjamin Möller* / Technische Universität Darmstadt -
Fachgebiet Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik SzM, Deutschland Jörg Baumgartner / Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Deutschland Hendrik Steege/ Technische Universität Darmstadt, Deutschland Rainer Wagener/ Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Deutschland Heinz Kaufmann/ Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Deutschland Tobias Melz/ Technische Universität Darmstadt, Fraunhofer LBF, Deutschland |
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Die auf einen Teleskopausleger-Kran insbesondere im Mobilkranbau wirkenden Belastungen führen zu lokalen Beanspruchungen im Kurzzeitfestigkeitsbereich (engl. low cycle fatigue LCF ). Aus diesem Grund ist die auf den LCF-Bereich erweiterte Kenntnis der Betriebsfestigkeit der eingesetzten hoch- und ultrahochfesten Feinkornstähle S960QL, S960M und S1100QL und deren versagenskritische Schweißverbindungen von Interesse. Grundlegende, kraftgeregelte Schwingfestigkeitsversuche an MAG-geschweißten Blechstumpfstößen und -quersteifen führen unter konstanten Beanspruchungsamplituden zu Wöhlerlinien, die bei ausreichend guter Schweißqualität (mind. Bewertungsgruppe C nach DIN EN ISO 5817) der FAT-Klasse 80 bzw. 71 nach dem Regelwerk des IIW genügen und mit Neigungen von k = 3 angenähert werden können. Für die Bemessung solcher und ähnlicher geschweißter Strukturen im LCF-Bereich ist eine tiefergehende Kenntnis des zyklischen Verhaltens und des Einflusses variabler Beanspruchungen erforderlich. Das zyklische Werkstoffverhalten in Form von Dehnungswöhlerlinien und zyklischen Spannungs-Dehnungskurven wird dazu an Proben aus Grundblechmaterial ermittelt und auf Stumpfstöße ausgeweitet. Die Ergebnisse zeigen sowohl den Einfluss der geometrischen und metallurgischen Kerbwirkung als auch eine differenzierte Betrachtung der einzelnen Werkstoffzonen und dienen als Eingangsgrößen elastisch-plastischer Berechnungsmodelle, aus welchen lokal auftretende Beanspruchungen ermittelt werden. Im Zuge einer beanspruchungsoptimierten Auslegung und der Ausnutzung des Festigkeitspotenzials hochfester Stähle ist zusätzlich zu konstanten Beanspruchungsamplituden die Berücksichtigung von variablen Beanspruchungen entscheidend. Aus diesem Grund wurden im Betrieb auftretende Lasten analysiert und daraus ein gaußverteiltes Beanspruchungskollektiv sowie eine Beanspruchungs-Zeit-Funktion abgeleitet. Unter variablen Beanspruchungen wird das Schwingfestigkeitspotenzial durch experimentell ermittelte Gaßnerlinien und charakteristische Schadenssummen, hervorgehend aus einer linearen Schadensakkumulation, deutlich. Die an geschweißten Stumpfstößen und Quersteifen gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich durch Bauteiluntersuchungen geschweißter Gabel-Rohr-Verbindungen verifiziert. Neben der konventionell eingesetzten Rohr-Gabelkopf-Schweißnaht war der schwingfestigkeitsmindernde Einfluss in Längsrichtung aufgeschweißter Laschen Gegenstand der Untersuchung. Eine Möglichkeit diesen negativen Einfluss zu mindern wird durch den Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren wie z.B. Schleifen, hochfrequentes Hämmern oder WIG-Aufschmelzen erzielt. |