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Tuesday, September 18, 2018, Hugo-Eckener-Saal 12:30 PM Stahlbau I |
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Untersuchung des Reinigungsstrahlens als Nahtnachbehandlungsmethode zur Verbesserung der Schwingfestigkeit geschweißter Strukturen |
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Andreas Gericke* / Fraunhofer IGP, Germany Kay Brandenburg / Universität Rostock, Deutschland Ralf Glienke/ Fraunhofer IGP, Deutchland Knuth-Michael Henkel/ Universität Rostock, Deutschland Frithjof Marten/ Nordex Energy GmbH, Deutschland |
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Für zyklisch belastete stahlbauliche Konstruktionen nimmt im Sinne des Leichtbaus die Bedeutung der Schwingfestigkeit bei der Bemessung und in der Betriebsphase drastisch zu. Dies betrifft neben dem klassischen Stahlbau auch andere Branchen, die sich mit der Fertigung zyklisch beanspruchter Produkte befassen. Dazu zählen beispielsweise Hersteller von Türmen für Windenergieanlagen sowie der Kran-, Anlagen- und Schiffbau. Ein grundsätzliches Problem ist dabei, dass die schweißtechnische Verarbeitung stahlbaulicher Konstruktionen generell zu einer Reduktion der Schwingfestigkeitseigenschaften führt. Diese können durch aufwändige Nahtnachbehandlungsmethoden auf ein erhöhtes Niveau eingestellt werden. Dies erzeugt neben zusätzlichen Verfahrenskosten auch hohe Aufwände im Fertigungsablauf. Das Reinigungsstrahlen mit scharfkantigem Strahlgut wird oftmals als Vorbehandlung zur Einstellung eines definierten Reinheits- und Rauheitsgrades im Zuge der Konservierung eingesetzt und wurde im Gegensatz zu Strahlverfahren mit arrondiertem Strahlgut (Kugelstrahlen) bisher nicht als schwingfestigkeitsverbessernde Nahtnachbehandlungsmethode in Betracht gezogen. Im vorliegenden Beitrag soll anhand aktueller industrienaher Untersuchungen gezeigt werden, dass die Schwingfestigkeitseigenschaften geschweißter Stöße durch Reinigungsstrahlen mit verschiedenen Strahlgütern signifikant verbessert werden können. Dazu wird der schwingfestigkeitssteigernde Einfluss des Strahlens anhand umfangreicher Wöhlerversuche im Zugschwellbereich an verschiedenen Schweißdetails und Baustählen dargestellt. Für die statistische Auswertung nach dem Background-Dokument der EN 1993-1-9 konnte dabei beispielsweise eine Steigerung der Kerbfallklasse von FAT 90 auf FAT 112 bei aufgesetzten Quersteifen nachgewiesen werden. Die Ursachen der Schwingfestigkeitssteigerung werden anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Strahlprozesses mit Betrachtungen zur Hertzschen Pressung, Eigenspannungsmessungen und metallografischer Analysen des Randschichtbereiches diskutiert. Die Sensitivität der Schwingfestigkeit gegenüber Veränderungen im Strahlprozess und statischer Vorbelastung wird durch Strahlparameterstudien und Reckversuche an den Versuchskörpern dargestellt. Mit Untersuchungen zur Almenintensität sowie Vorstellung eines neuartigen Konzeptes, welches eine Korrelation zwischen der deformationsbedingten Oberflächenrauheit und Verfestigung annimmt, werden Ansätze zur Qualitätssicherung vorgestellt. Im Ausblick wird die Überführung der vielversprechenden Ergebnisse in die Praxis erläutert sowie das fertigungstechnische Einsparpotential dargestellt. Stichversuche zeigen das Potential der Kombination des Reinigungsstrahlens mit anderen Nahtnachbehandlungsmethoden für zukünftige Untersuchungen. |