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Die hier vorgestellte Großanlage zur Prüfung und Simulation von Bauteil schweißungen (GAPSI 16) mit einer Maximalprüfkraft von ±16 MN erlaubt wirklichkeitsnahe Analysen des Bau teilverhaltens während des Schwei ßens. Ein fundamentaler Vorteil ge genüber konventionellen Universal prüfmaschinen ist, Momente während des Schweißens mittels acht unabhän giger Hydraulikzylinder in zwei Prüf tischen aufbringen bzw. registrieren zu können.
Derzeitige Forschungsvorhaben sind zum einen Spannungs- und Verformungsvorgängen während des Schweißens von Blechen und zum anderen Modellen gewidmet, womit Kenngrößen für Flammrichtarbeiten ermittelt werden können. Simulations versuche an Großproben tragen we sentlich zu höherer Aussagesicherheit bei, zumal konventionelle Prüfmetho den mit einfachen Kleinproben und auch Berechnungen nach der Finite Elemente-Methode (FEM) stets Rand bedingungen und zumeist größere Idealisierungen enthalten. Dagegen weist die Großprüfanlage GAPSI 16 mit angepaßten Probengeometrien und Spannkräften einen neuen Weg.
Up to the present, the thermomechanical loads during welding and subsequent cooling under design-specific shrinkage restraint resulting from the interaction between the materials and the structure have often not been taken into consideration approperiately for weldability assessment of components. As compared to previous investigations using small specimens this report presents component weld tests under varying intensities of restraint. Online records of the reaction forces and moments demonstrate in which way the intensity of restraint affects the reaction stresses and moments and their meaning for the evaluation of the load level in welded components.
Düring the past decades, weldability studies have predominantly been concentrated on the material and the welding process. In order to achieve a closer insight into the structural effects, component weldability tests have been performed by online monitoring of the reaction forces and moments. As a particular item, the effects of different strengths of the base and filier material on the reaction force and stress build up transverse to the welding direction have been studied at a specific structural restraint. As a most relevant result for practical welding it is demonstrated that the final reaction force and also the reaction stress level in the multilayer butt welds decreases with overmatch of the weld metal.
In der Beurteilung der Schweißbarkeit für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauteilen fanden bisher die aus der Interaktion zwischen den Werkstoffen und der Konstruktion resultierenden thermomechanischen Belastungen während des Schweißens und der nachfolgenden Abkühlung unter konstruktiv bedingter Schrumpfbehinderung häufig nur wenig Beachtung. Gegenüber bisherigen Untersuchungen an Kleinproben wurden daher im Rahmen dieser Arbeit bauteilrelevante Schweißverbindungen unter realistischen Spannungsverteilungen geprüft. Diese Bauteilschweißversuche wurden in einer speziellen Großprüfanlage unter Variation der Schrumpfbehinderung, des Grund- und Zusatzwerkstoffes sowie der Streckenenergie durchgeführt. Dabei erweist sich das Konzept des Einspanngrades als geeignet, um die reale konstruktionsbedingte Schrumpfbehinderung auf die Versuchsanlage zu transferieren. Mittels online-Aufzeichnungen der Reaktionskräfte und -momente konnte gezeigt werden, wie sich diese Einzeleinflussgrößen jeweils auf die Höhe und den Verlauf der Reaktionskräfte und -momente auswirken und welche Bedeutung sie für die Einschätzung des Belastungsniveaus in Form von Spannungen und Dehnungen in Bauteilen besitzen. Unter anderem stellte sich heraus, dass unter relativ geringen Einspanngraden eine unkritische Eigenbelastung des Bauteiles vorliegt, jedoch bei hoher Steifigkeit die thermomechanische Beanspruchung bis zum Riss führen kann. In dieser Arbeit wurde erstmalig die Wirkung der Festigkeit von Zusatzwerkstoffen auf die Spanungs-Dehnungsverteilung unter definierter Schrumpfbehinderung am Bauteil untersucht. Es zeigte sich, dass unabhängig vom Grundwerkstoff ein hochfester Schweißzusatz zu geringeren Reaktionskräften führt als beim Schweißen mit einem Schweißzusatz mit vergleichsweise niedrigerer Festigkeit. Weiterhin wurde der Dehnungsverlauf beim und nach dem Schweißen unter definierter Schrumpfbehinderung mittels Dehnungsmessstreifen und einem Wegmesssystem bestimmt. Abhängig vom Schweißnahtabstand und dem Einspanngrad traten charakteristische Verformungsverläufe auf. Anhand dieser Ergebnisse konnte eine bisher ungebräuchliche jedoch notwendige Aufteilung der Schweißung in Nah- und Fernfeld erfolgen. Mit der inkrementellen Bohrlochmethode wurden die Eigenspannungen im Nahtbereich unter Einspannung, nach dem Entlasten und nach dem Wiederbelasten auf das Niveau der ursprünglich wirkenden Reaktionskräfte der Proben ermittelt und mit röntgenografischen Werten verglichen. Der Zusammenhang zwischen Einspanngrad und den Nahteigenspannungen lässt sich durch einen einfachen funktonalen Ansatz beschreiben. Den Untersuchungen wurde aufgrund der auf diesem Gebiet vorliegenden sehr unzusammenhängenden Literatur ein detaillierter Kenntnisstand vorangestellt.