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Summary
Das schon seit über 100 Jahren angewendete Punktschweißen ist auch heute noch das dominierende Fügeverfahren für Dünnblechstrukturen aus Stahl im Rohkarosseriebau. Die Schweißstellen sind dabei in Hinsicht auf die Lebensdauer häufig die schwächsten Stellen eines Bauteils. Es werden deshalb im Bereich Entwicklung und Konstruktion zur Auswahl geeigneter Schweißparameter für die zu verbindenden Werkstoffe sowie für den Ort und die Anzahl der erforderlichen Schweißungen Kennwerte benötigt, die das Ermüdungsverhalten von Punktschweißverbindungen charakterisieren. Solche Kennwerte werden von Berechnungsingenieuren auch benötigt, um das Ermüdungsverhalten von geschweißten Strukturen numerisch zu analysieren und die Lebensdauer vorherzusagen. Das Ermüdungsverhalten von Punktschweißverbindungen ist ein Strukturverhalten und hängt u.a. vom Grundwerkstoff, der konstruktiven Gestaltung der Struktur und der Beanspruchung in der Schweißzone ab. Der Einfluss dieser Größen auf die Zeitfestigkeit von Schweißverbindungen wird im Allgemeinen an bestimmten Proben durch Wöhler- Versuche ermittelt. Als Kennwerte für eine festgelegte Überlebenswahrscheinlichkeit werden die Höhe und die Neigung der Wöhlerlinie ermittelt. Die in [1] erläuteten Probleme in Hinsicht auf das Ermitteln aussagefähiger Kennwerte führten in den letzten Jahren zu der neuen Entwicklung, nämlich der grundlegenden Klärung der Zusammenhänge von Probensteifigkeitsverlauf, Rissentstehung und Risswachstum sowie lokaler Beanspruchung in der Schweißzone. Das thermometrische Verfahren, mit dessen Hilfe Rissentstehung und Risswachstum erfasst werden können, wird nachfolgend erläutert.
Zur Untersuchung der lokalen Beanspruchbarkeit an Punktschweißverbindungen und zur Ermittlung aussa-gekräftiger Schwingfestigkeitskenndaten wurde eine hochgenaue thermometrische Messmethode entwickelt, um die Rissentstehung am zyklisch beanspruchten Schweißpunkt zu detektieren und die Rissausbreitung zu verfolgen.
Bei den Untersuchungen wurde ein hochgenaues Messsystem für Thermoelemente mit einer Messunsicher-heit < 1mK eingesetzt. Einige speziellen Maßnahmen mussten ergriffen werden, um die durch Rissentste-hung und Rissausbreitung verursachte Temperaturänderung am Schweißpunkt im mK-Bereichen sicher zu erfassen. An Einpunkt-Scherzugproben aus den untersuchten Werkstoffen DC 01 und H 280 LA konnte mit der Messmethode die Entstehung von Rissen mit einer Tiefe < 0.1 mm durch einen signifikanten Tempera-turanstieg zuverlässig detektiert werden. Bei halblogarithmischer Darstellung des Temperaturanstiegs über Schädigungsgröße ist eine lineare Korrelation festzustellen. Der Temperaturverlauf charakterisiert das Er-müdungsverhalten von Verbindungen in Abhängigkeit von der Zeit bzw. von den Schwingspielzyklen und ermöglicht die Ermittlung der rissfreien Lebensdauer von Schweißpunkten. Wöhlerlinien für Risseinleitung und Probenbruch konnten mit üblichem Probenumfang ermittelt werden.
Substantial improvement in the fatigue strength of spot welded high-strength steels has been achieved with the help of a mechanical method, i. e. preloading. Fatigue tests of preloaded tensile shear specimens made from the material H280LA have revealed that their S/N-curves, compared to those of non-preloaded specimens, are not only located at elevated positions, but have flatter slope, too. Low cycle fatigue tests of the triple-spot weld tensile shear specimens examined yielded an increase in fatigue strength of around 50 %. Due to preloading, the notch zones in the spot welded area undergo plastic deformation as a result of high notch stresses. After specimen unloading, compressive stresses arise in this area involving a beneficial specimen behaviour under the load imposed in subsequent fatigue testing, thus causing delayed crack initiation in the spot weld area.
Engineering design of spot-welded components as well as computational analyses of the local stress in the weld zone require relevant fatigue test data. Those test data, however, are dependent on the applied specimens, on the specimen restraint, on the load introduction into the weld zone as well as on the definition of the specimen failure. The discussion of the advantages and drawbacks as well as of the influence of these factors shows that a deliberate selection of specimens is necessary for different test purposes. For the comparability of the test results it is essential in addition to specify comparable test conditions, e.g., specimen fixturing, load introduction and definition of the specimen failure. On account of the variety of variants, a standardization of suitable specimens and respective test conditions hence constitutes an approach to the determination of relevant and comparable test results.
AZ31 Mg alloy sheet was welded using a gas-tungsten arc (GTA) process over inserts containing 2.3-9.3 wt.% Al. The welded specimens were susceptible to SCC in distilled water, with susceptibility increasing with decreasing weld metal Al (or β particle) concentration. Primary stress corrosion cracks initiated at the weld metal-HAZ interface by stress-assisted localised dissolution and propagated through the weld and base metals by transgranular and intergranular H-assisted fracture (TG-HAF and IG-HAF) respectively. The IG fracture mode may be intrinsic to the texture imparted upon the base metal by rolling. The increase in SCC susceptibility with decreasing weld metal Al concentration is contrary to the purported roles of β particles in promoting localised corrosion and as crack nucleation sites, but corresponds with increases in weld - base metal galvanic current density and weld metal localised corrosion susceptibility.