IGF 18.087 N

Untersuchungen zum Einfluss von Härte- und Gefügezustand strahlgeschweißter Verbindungen an Stählen auf deren Verformungs- und Tragverhalten

Arbeitsgruppe:  Festigkeit und Bauteilverhalten
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Nitschke-Pagel    Telefon: +49 (0)531 391 95505
Projektträger:  IGF 18.087 N
Laufzeit: 01.03.2014 - 31.08.2016

Beschreibung

Praxistaugliches Nachweisverfahren zur Tragfähigkeit von Stahlschweißverbindungen

Für die Nachweisverfahren von Strahlschweißverbindungen besteht die besondere Problematik darin, dass die bekannten Prüfverfahren, die für die konventionellen Lichtbogenschweißverfahren praktisch erprobt sind, keine genügend aussagekräftigen und für die Berechnungsnorm verwertbaren Informationen über die wahren mechanisch-technologischen Kennwerte der Strahlschweißnähte liefern. Dies liegt darin begründet, dass prozessbedingt die Nahtgeometrie und Wärmeeinflusszone (WEZ) bei Strahlschweißnähten im Vergleich zu lichtbogengeschweißten Verbindungen anders ausgeprägt sind. Dieser Unterschied führt dazu, dass sich die Nähte unter Prüfungslasten sowie im Gebrauch anders als konventionelle Schweißnähte verhalten, was zu Verunsicherung bei der Überwachung führt, sodass es bei abnahmepflichtigen Bauteilen immer noch sehr häufig zu einer Einzelbauteilprüfung kommt, die wiederum mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden ist. Damit stellt diese Sonderprüfung aufgrund fehlender Erkenntnisse ein wirtschaftliches Hindernis für die nachhaltige Nutzung einer erprobten und etablierten Schweißtechnologie dar. Eine in den Regelwerken häufige Möglichkeit zur Abschätzung der Zähigkeit von Schweißnähten, ohne diese experimentell nachzuweisen, ist die Begrenzung der zulässigen Vickershärte im Bereich der WEZ auf 350 HV 10 bis 380 HV 10 (in manchen Anwendungsbereichen bis 450 HV 10). Dies ist geschehen, ohne dass die prozessbedingten Unterschiede zwischen konventionellem Lichtbogenschweißen und modernerem Strahlschweißen berücksichtigt wurden. Es stellt sich nun die Frage, ob nicht in der WEZ, nahe der Schmelzlinie von Laser- und Elektronenschweißnähten, ein höherer Härtegrenzwert eingeführt werden sollte. Die zweite Frage wäre dann, ob das auf Härte basierende Nachweisverfahren im Regelwerk (nach Berücksichtigung der höheren Härtegrenze) das Werkstoffverhalten von Strahlschweißverbindungen so beschreibt, dass die Betriebssicherheit solcher Schweißverbindungen garantiert werden kann.

Daher ist das Ziel der hier vorgeschlagenen Untersuchungen, das Trag- und Verformungsverhalten von strahlgeschweißten Verbindungen aus Stahl unter Berücksichtigung aller maßgebenden Einflüsse, insbesondere des Bruchverhaltens und der Erweiterung einfacher Kriterien wie maximale Vickershärte, möglichst umfassend zu analysieren, um damit neue praktische und sichere Grenzbedingungen der Belastbarkeit bestimmen zu können. Die Vorgehensweise orientiert sich an dem bruchmechanischen Master Curve Konzept, welches durch die Sprödbruchkonzepte des Stahlbaus (EN1993-1-10), Druckbehälter (EN13445) und Rohre (EN13480) entwickelt wurde. Wichtig bei diesen Konzepten ist, dass durch wissenschaftlich-technische Forschung gezeigt wurde, dass der üblicherweise verwendete Kennwert zur Zähigkeitsqualifizierung, die Mindestkerbschlagarbeit von 27 J oder 40 J bei Anforderungstemperatur ausreicht, um für gebräuchliche Stahlsorten nach europäischen Liefervorschriften bei verschiedenen Einsatztemperaturen und für unterschiedlich hohe Ausnutzung der Streckgrenze im Nutzungsfall die maximal zulässigen Erzeugnisdicken zu erhalten. Das europäische Sprödbruchkonzept zeigt somit nicht nur die Nutzungsfähigkeit und Akzeptanz bruchmechanischer Methoden auf, sondern macht auch deutlich, wie solche verhältnismäßig komplexen Methoden in einfacher, handhabbarer Weise für die Lösung schweißtechnischer Problemstellungen nutzbar gemacht werden können.

Das wesentliche Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es somit, das Vorgehen des europäischen Sprödbruchkonzeptes auf die Bewertung des Trag- und Verformungs- bzw. Zähigkeitsverhaltens von strahlgeschweißten Verbindungen soweit zu übertragen, dass nach Abschluss des Vorhabens ausreichende Grundlagen für die Übernahme in entsprechende Normen bzw. Richtlinien vorliegen. Damit entsteht für diesen wichtigen Anwendungsbereich eine wirtschaftliche und nachhaltige Lösung, die sich in das europäische Regelwerk integrieren lässt.

Förderhinweis

Das IGF-Vorhaben 18.087 N der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Thomas Nitschke-Pagel Thomas Nitschke-Pagel
Dr.-Ing.

+49 531 391 955 05
t.pagel@tu-braunschweig.de

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