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6. Analyse des Bruchverhaltens in der Tieflage und im Übergangsbereich
6 Analyse des Bruchverhaltens in der Tieflage und im
Übergangsbereich
Das Hauptziel der numerischen und experimentellen Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit ist
zunächst, mit Hilfe der Schädigungsmodelle das duktile Bruchverhalten von HLSV
(Hybridlaserschweißverbindungen) zu beschreiben. Im Kapitel 4 zeigten viele unter Raumtemperatur
geprüfte Bruchmechanikproben mit der Risslage in der Schweißnahtmitte das spröde Versagen kurz
vor oder nach einer stabilen Rissinitiierung für die Stähle EH36-15, EH36-20 und RQT701-20. Die
nach ASTM E1820-01 gültigen J-R-Kurven konnten aufgrund der geringen Zahl der Proben, die ein
Hochlageverhalten bei Raumtemperatur aufweisen, für diese Stähle nicht bestimmt werden. Um den
Mechanismus bei dem spröden Versagensverhalten im oberen Übergangsbereich besser zu verstehen,
werden zusätzliche Bruchmechanikversuche und begleitende numerische Analysen durchgeführt.
Vor der Analyse des oberen Übergangsbereichs werden zunächst die Zähigkeitstieflage und der untere
Übergangsbereich mit Hilfe des Mastercurve-Konzepts charakterisiert. Danach erfolgt für die HLSV
der Werkstoffe die Bestimmung der Referenztemperatur T0 nach ASTM E 1921 anhand mindestens 6
gültiger Experimente. Durch den Vergleich dieser Temperatur mit der Übergangstemperatur, die auf
der Basis von T27J aus den Kerbschlagbiegeversuchen abgeschätzt wird, soll überprüft werden, ob die
in ASTM E1921-97 vorgeschlagene Korrelation für das Schweißgut der HLSV Gültigkeit besitzt.
Im zweiten Teil der Untersuchungen werden lokale Bedingungen für die Spaltbruchauslösung mit Hilfe
der FE Rechnungen für HLSV des Stahls EH36-15I sowie GW und HLSV des Stahls RQT701-15I
analysiert. Zu diesem Zweck werden zunächst die fraktographischen Untersuchungen zur Ermittlung
des Orts der Spaltbruchauslösung durchgeführt. Anschließend werden die vorliegenden lokalen
mechanischen Größen zum Zeitpunkt des Versagens an diesem Ort mit der FEM bestimmt. Basierend
auf diesen Ergebnissen erfolgt die Überprüfung der Anwendbarkeit des zweiparametrigen
Spaltbruchkriteriums.
Der dritte Teil beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung des Spaltbruchversagens mit Hilfe
des Beremin-Modells für die Stähle EH36-15I (HLSV), EH36-20I (HLSV) und RQT701-15I (GW und
HLSV). Dieses Modell basiert auf einer statistischen Theorie von Weibull zur Beschreibung der
Versagenswahrscheinlichkeit beim Sprödbruch. Die ursprüngliche Version des Beremin-Modells mit
den temperaturunabhängigen Parametern wird mit der modifizierten Version verglichen, bei der die
Weibullreferenzspannung σu von der Temperatur linear abhängen soll. Außerdem wird die Fähigkeit
des Beremin-Modells zur Erfassung der „constraint effects“ untersucht, die durch die Änderung der
Probenform oder der Anfangsrisslänge zustande kommen.
Der gesamte Überblick über die verwendeten Bruchmechanikproben ist in der Tabelle 2.1 dargestellt.
Um den Einfluss der Probenform zu untersuchen, werden als Bruchmechanikproben sowohl C(T) als
auch SE(B) Proben verwendet. Bei SE(B) Proben wird zwischen zwei Anfangsrisslängen mit a/W=0.2
und 0.5 unterschieden.
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