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7. Sicherheitsbewertung von hybridlasergeschweißten Bauteilen
7 Sicherheitsbewertung von hybridlasergeschweißten Bauteilen
In diesem Kapitel wird die Sicherheitsbewertung von hybridlasergeschweißten Bauteilen mittels der
konventionellen bruchmechanischen Sicherheitskonzepte für das spröde und duktile Bruchversagen
durchgeführt. Während die FITNET-Bewertungsprozedur für die Bewertung des duktilen
Bruchversagens verwendet wird, ist eine Bewertung des spröden Bruchverhaltens neben der FITNET
[FIT06] Prozedur auch mit dem in Teil 1-10 des Eurocode 3 [EUR01] beschriebenen Konzept möglich.
Ausgehend von den Ergebnissen an Großzugproben wird zunächst überprüft, inwieweit eine sichere
Auslegung von hybridlasergeschweißten Bauteilen mit den vorliegenden Sicherheitskonzepten
gewährleistet wird. Bei der Analyse des spröden Bruchverhaltens werden neben den
Zähigkeitskennwerten, die sich an Proben mit tiefem Riss (a/W=0.5) ergeben, auch die an
Kurzrissproben ermittelten Kennwerte herangezogen. Dabei soll geklärt werden, ob eine deutliche
Ausnutzung des Werkstoffpotentials durch die Verwendung von Kurzrissproben anstelle der
Standardproben gegeben ist. Aus dem Vergleich zwischen den experimentell und numerisch
abgeleiteten Sicherheitsabschätzungen wird die Anwendbarkeit der numerischen Modelle für die
sichere und wirtschaftliche Bemessung von hybridlasergeschweißten Bauteilen überprüft.
Zum Schluss werden Beispiele für Sicherheitsbewertung von hybridlasergeschweißten Bauteilen
demonstriert. Dabei werden numerische Zähigkeitskennwerte für das duktile Bruchverhalten
eingesetzt. Das Ziel ist, mögliche Sicherheitsreserven gegenüber der Anwendung der konventionellen
Sicherheitskonzepte aufzuzeigen, die durch eine genauere Beschreibung des Bruchverhaltens mit Hilfe
der duktilen Schädigungsmodelle entstehen.
7.1 Bestimmung von Eigenspannungen für RQT701-20I
Die Sicherheitsbewertung des spröden Bruchverhaltens erfordert die Kenntnis der in
Hybridlaserschweißnähten vorliegenden Eigenspannungen. Um die Eigenspannungen bestimmen zu
können, bieten sich verschiedene Methoden an, wie z.B. mechanische oder nicht-linear elastische
Methoden (z.B. Ultraschallverfahren). Der Nachteil der mechanischen Methoden, wie z.B.
Zerlegeverfahren, liegt in den beschränkten Einsatzmöglichkeiten wegen der Probengeometrie und der
Art der Eigenspannungen. Außerdem ist durch das Zerlegen eine wiederholte Überprüfung der
gemessenen Spannungen nicht möglich und die zerlegte Probe kann für die weitere Untersuchungen
nicht mehr verwendet werden. Für die Durchführung der nicht-linear elastischen Methoden ist eine
spannungsfreie Referenzprobe erforderlich, die sich aber sonst von der zu untersuchenden Probe nicht
unterscheidet. Weiterer Nachteil dieser Methode ist die Ungenauigkeit der Messung, die von der
Temperatur, Korngröße, Kaltverformung und Orientierung abhängt.
Eine weitere Möglichkeit mikro- und makroskopische Eigenspannungen zu messen, ist durch die
röntgenographische Methode gegeben, die hier für die Hybridlaserschweißnaht des Stahls RQT701-20I
angewandt wird. Die Vorteile dieser Methode bestehen darin, dass sie zerstörungsfrei ist, eine hohe
Genauigkeit aufweist und eine gute räumliche Auflösung erlaubt.
Mittels dieser Methode werden die Dehnungen für mindestens zwei bekannte Orientierungen relativ
zur Probenoberfläche im Kristallgitter gemessen und unter Annahme von linear elastischem Verhaltens
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