Abstract No.:
6104

 Scheduled at:
Tuesday, September 17, 2019, Saal 2 12:00 PM
Stahlbau I


 Title:
Von der Anwendung ins Prüflabor: Maßstabsgetreues Bewerten von Spannungen in geschweißten Bauteilen

 Authors:
Dirk Schröpfer* / BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Deutschland
Arne Kromm / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland
Jonny Dixneit/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland
Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Deutschland

 Abstract:
Eigenspannungen sind von zentraler Bedeutung, um die Performance geschweißter Bauteile zu beurteilen. Die Bewertung schweißbedingter Beanspruchungen im Labormaßstab ist oftmals nicht zielführend. Denn reale Bauteilschweißungen weisen geometrisch und konstruktiv bedingt zumeist abweichende Wärmeableitungs- und Einspannbedingungen auf. Dadurch lassen sich häufig nur eingeschränkt Aussagen über Eigenspannungshöhen, -verteilungen und die wesentlichen Einflussfaktoren treffen. Dies führt bspw. oft zur einer eher konservativen Konstruktionsauslegung und damit zu einer geringeren Ressourcen- und Energieeffizienz.

Der vorliegende Beitrag widmet sich daher den Perspektiven, wie eine Überführung realer Randbedingungen beim Bauteilschweißen in das Labor dennoch gelingt. Es werden hierfür die Möglichkeiten eines speziell für diesen Zweck entwickelten Prüfsystems mit einer maximalen Tragkraft von 2 MN aufgezeigt. Durch die konstruktive Gestaltung der Anlage lassen sich in Schweißversuchen globale schweißbedingte Beanspruchungen simulieren und die komplexen Einflüsse und Wechselwirkungen durch Schweißprozess, Bauteilgeometrie und -konstruktion sowie durch die eingesetzten Grund- und Zusatzwerkstoffe quantifizieren. Darüber hinaus kann die resultierende lokale Eigenspannungsverteilung präzise und mit hoher Ortsauflösung bestimmt werden.

Anhand anwendungsnaher Forschungsvorhaben, die in der BAM erfolgreich durchgeführt wurden, stellt der Beitrag exemplarisch vor, wie sich die bei der schweißtechnischen Fertigung vorliegenden Randbedingungen im Labor adäquat darstellen lassen. So wurde bspw. im Rahmen zweier FOSTA-Vorhaben (IGF-Nr. 17267N und 17978N) gezeigt, wie sich Schweißeigenspannungen in hochfesten Stählen durch die Wärmeführung beeinflussen lassen. Dadurch konnte erstmals geklärt werden, warum erhöhte Arbeitstemperaturen beim Mehrlagenschweißen zu höheren Biegespannungen in der Schweißverbindung und damit verbunden zur Erhöhung der Zugeigenspannungen in der Wärmeeinflusszone führen. Im Rahmen des FOSTA-Vorhabens (IGF-Nr. 18599N) wurde nachgewiesen, dass die martensitische Phasenumwandlung beim Einsatz sogenannter LTT-Zusatzwerkstoffe in anwendungsnahen Mehrlagenschweißverbindungen richtungsabhängig zu einer erheblichen Reduzierung der Beanspruchung der Fügeverbindung führen kann. Diese Ergebnisse stellen einen wesentlichen Beitrag zur sicheren Auslegung und schweißtechnischen Verarbeitung insbesondere hochfester Komponenten dar und gestatten so eine sichere und deutlich wirtschaftlichere Auslegung.


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