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1 Einleitung
1. Einleitung
Das Hybridlaserschweißverfahren, das auf der Kombination von Laserstrahl- und
Lichtbogenschweißprozess basiert, findet dank zunehmender Entwicklung in letzten Jahren immer
größere Anwendung beim Fügen von Stählen in der Fertigungsindustrie. Dieses Verfahren, das von
Vorteilen beider gekoppelten Schweißprozesse profitiert, wird bereits mit großem Erfolg in der
Schiffsbau- und Baumaschinenindustrie eingesetzt. Mit der Erschließung immer neuer Einsatzgebiete
durch weitere Prozessoptimierung steigt der Bedarf nach genauer Charakterisierung des mechanischen
Verhaltens von Hybridlaserschweißverbindungen (HLSV). Dieser Wunsch resultiert aus dem Ziel der
industriellen Anwendung, eine wirtschaftliche Bauteilauslegung mit der optimierten Ausnutzung der
Traglastreserven durchzuführen und gleichzeitig eine ausreichende Sicherheit im Bau- und
Betriebszustand zu gewährleisten. Besonderer Schwerpunkt wird dabei auf die Bewertung von
Fehlstellen gelegt, die in einer Schweißverbindung häufig nicht zu vermeiden sind und die in
Abhängigkeit von den vorliegenden Materialeigenschaften, Abmessungen sowie Belastungs- und
Umgebungsbedingungen zu Bauteilversagen führen können. Aus diesen Gründen ist eine
bruchmechanische Sicherheitsbewertung wichtig, um die Auswirkung dieser Defekte auf Traglast und
die Verformungskapazität der geschweißten Stahlbauteile ausreichend zu kennen.
Vor diesem Hintergrund wurden in Vergangenheit Methoden zur Beschreibung und der Bewertung des
Bruchverhaltens von angerissenen Stahlbauteilen entwickelt und zunehmend eingesetzt.
Bruchmechanische Methoden, die in der Normen und Vorschriften enthalten sind und seit mehreren
Jahrzehnten Anwendung finden, beruhen auf dem Wert der Bruchzähigkeit und führen häufig zu
konservativen Abschätzungen der Traglast. Dank der Möglichkeiten numerischer Spannungsanalysen
wurden diesen Methoden erweitert, um der Abhängigkeit der Bruchzähigkeit von der Geometrie und
dem Belastungszustand Rechnung zu tragen. Trotz dieser Erweiterungen können die Mechanismen der
Schädigungsentwicklung nur begrenzt wiedergegeben werden. Aus diesen Gründen wurde eine
Vielzahl mikromechanischer Modelle entwickelt, die in der Lage sind, sowohl die Mechanismen des
Gleitbruchs als auch die des Spaltbruchs zu beschreiben. Der vielversprechende Einsatz dieser Modelle
bezüglich der Abschätzung des Bruchverhaltens resultiert in deren ständiger Optimierung und
Verbesserung dank der schnell fortschreitenden Entwicklung von Rechnertechniken.
In Rahmen vieler Forschungsprojekte [FAS02], [NEG03], [HEY04] wurden numerische und
experimentelle Untersuchungen an den angerissenen laserstrahlgeschweißten Bauteilen unter
Anwendung von bruch- und mikromechanischen Ansätzen durchgeführt, mit dem Ziel das
Laserstrahlschweißverfahren zu qualifizieren. Die Übertragbarkeit der vorhandenen Ergebnisse auf
hybridlasergeschweißte Bauteile ist nur beschränkt möglich, da durch den zusätzlichen
Lichtbogenschweißprozess wesentliche Veränderungen bezüglich der Festigkeit, Mikrogefüge und der
Nahtgeometrie festgestellt wurden.
Das wesentliche Ziel dieser Arbeit besteht darin, unter Einbeziehung numerischer Modelle eine genaue
Abschätzung des Bruchverhaltens von hybridlasergeschweißten Bauteilen zu ermöglichen. Damit soll
eine sichere Auslegung von Stahlbauteilen bei gleichzeitiger Vermeidung einer zu konservativen
Bewertung erreicht werden. Für die geplanten Untersuchungen standen im Rahmen des europäischen
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