Filtern
Erscheinungsjahr
- 2015 (2) (entfernen)
Dokumenttyp
- Forschungsbericht (2) (entfernen)
Referierte Publikation
- nein (2)
Schlagworte
- Eigenspannungen (1)
- Hochfester Stahl (1)
- Kaltrisssicherheit (1)
- Schweißen (1)
The objective of the FATWELDHSS project was to study post-weld treatment techniques and their effect on the fatigue life of MAG welded attachments in High Strength Steel (HSS). Fatigue cracks in steel structures often occur at welded joints, where stress concentrations due to the joint geometry and tensile residual stresses are relatively high. Fatigue life improvement techniques, which rely on improving the stress field and/or the surface geometry around the welded joints, are generally known to be beneficial. Therefore, within the framework of this project, the following were examined: diode laser weld toe re-melting; High Frequency Mechanical Impact (HFMI) treatment; Low Transformation Temperature (LTT) filler wires Laser diode re-melting was used to improve the surface profile at the weld toe and thus reduce stress concentrations. HFMI treatment involving high frequency hammering of the weld toe is another technique that can produce a smooth weld toe profile but, more significantly, which also can introduce compressive residual stresses. Lastly, two new LTT filler wires were developed within the project as these can decrease or even remove tensile residual stresses resulting from weld zone shrinkage. An extensive fatigue testing programme was set up to establish the levels of improvement in the fatigue lives of the welded attachments achieved by application of the selected improvement techniques. Furthermore, two industrial demonstrators were selected that could show the project achievements in terms of facilitating the introduction of high strength steels by overcoming the limitations posed by the fatigue properties of the welded joints. In addition, modelling tools were developed to predict the residual stresses at the welded joint. Finally, practical guidelines were developed for enhancing the fatigue strength of HSS welded structures
Aus wirtschaftlichen, konstruktiven sowie ästhetischen Aspekten werden moderne Stahlbaukonstruktionen immer schlanker und leichter ausgeführt. Dazu werden zunehmend hochfeste Feinkornbaustähle mit Dehngrenzen ≥ 690 MPa eingesetzt, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 30 % bis 50 % und eine Kostenersparnis von 5 % bis 15 % erreicht werden kann.
Das Potential hochfester Feinkornbaustähle ist unter Beachtung der heutigen Richtlinien und Regelwerke jedoch nicht ohne weiteres nutzbar. Durch das Forschungsvorhaben wurde der Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspannungsausbildung und Kaltrissbildung unter Berücksichtigung realitätsnaher Steifigkeitsbedingungen untersucht. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde ein Beitrag zur Verbesserung der Verarbeitungsrichtlinien erarbeitet, welche dem Verarbeiter eine sichere schweißtechnische Verarbeitung bei verbesserter Ausnutzung der Materialeigenschaften ermöglicht. Vor allem die Tragfähigkeit und die Sicherheit der Schweißverbindung bestimmen die Bemessung der Konstruktion und somit den nachhaltigen und ökonomischen Einsatz dieser Güten. Der Zusammenhang zwischen der Höhe der entstehenden Eigenspannungen und der Wärmeführung in realen Konstruktionen ist zurzeit nur qualitativ überschaubar und führt zu einer eher konservativen Auslegung heutiger Schweißkonstruktionen. Die wirtschaftliche Verarbeitung hochfester Stähle wird neben dem Erreichen anforderungsgerechter mechanischer Eigenschaften im Schweißnahtbereich vor allem durch die Vermeidung von Kaltrissen bestimmt. Die diesbezüglichen Empfehlungen in den geltenden Regelwerken beruhen jedoch vornehmlich auf Erkenntnissen aus Laborschweißungen an Kleinproben unter freier äußerer Schrumpfung. Die Hauptursachen für die Entstehung von Eigenspannungen wie inhomogene, lokale Erwärmung und Abkühlung der schweißnahtnahen Bereiche und insbesondere die konstruktive Schrumpfbehinderung infolge umgebender Montagegruppen werden damit jedoch nicht abgebildet. Der Einfluss der Wärmeführung, insbesondere der lokalen Vorwärmung, auf die Eigenbeanspruchung einer Konstruktion ist derzeit weitgehend unbekannt.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspannungsausbildung in geschweißten Konstruktionen zu quantifizieren sowie Aussagen zur Beeinflussung und Absenkung der Eigenspannungen und somit der Gesamteigenbeanspruchung von Schweißkonstruktionen zu erarbeiten. Dazu wurden durch die sukzessive Steigerung des Einspanngrades der Zusammenhang zwischen Wärmeführung und resultierender Eigenspannung unter zusätzlicher Schrumpfbehinderung geklärt. Ferner wurde die Übertragbarkeit der den Regelwerken zugrundeliegenden Kleinprobenergebnisse auf reale Konstruktionen untersucht. Mithilfe systematischer Klein- und Großlastschweißversuche an definiert schrumpfbehinderten Proben konnte der Einfluss der Wärmeführung sowohl auf die lokalen nahtnahen Eigenspannungen als auch globale Eigenbeanspruchungen durch Reaktionsspannungen analysiert werden. Es zeigte sich, dass eine Reduktion der lokalen Eigenspannungen und der Eigenbeanspruchung von geschweißten Konstruktionen durch eine geringere Wärmeeinbringung möglich ist. Eine Absenkung der Zwischenlagentemperatur erwies sich dabei unter anderem als besonders günstig. Damit ist es möglich vorhandene Wärmeführungskonzepte für hochfeste Stähle zu optimieren und dadurch die Kaltrissbildung zu vermeiden.