Eigenspannungen und Formaenderungen in Schweisskonstruktionen Leseprobe

Bild 1-11. Spannungs-Dehnungs-Diagramm mit Energiebilanz
[1-5]:
1 = durch Eigenspannung verbrauchte Energie,
2 = in Eigenspannung gespeicherte elastische Energie,
ε e,pl = plastische Dehnung,
ε e.el = elastische Dehnung,
ε e,ges = ε e,pl + ε e,el = Gesamtdehnung.
Der elastische Charakter der Eigenspannungen bringt die Speicherung von elastischer potentieller
Energie mit sich. Im Fall von einachsigem Zug stellt die schraffierte Fläche 1 in Bild 1-11 den Teil
der Energie dar, der bis zum Erreichen der Eigenspannung σ e verbraucht wurde, und die Fläche 2
(gebildet durch das Dreieck e – ε e,pl – ε e,ges ) die gespeicherte potentielle Energie. Zwängungsspannungen
treten im Volumen örtlich begrenzt auf. Daher ist der Beitrag der gespeicherten Energie
klein. Beim Vorhandensein von Reaktionsspannungen erstreckt sich die gespeicherte elastische
Energie auf ein größeres Volumen. Sind Risse oder andere Fehler vorhanden, so wirkt die gesamte
gespeicherte Energie auf diese schwachen Stellen und kann den Bruch herbeiführen. Große Bauwerke
können große Energiemengen in Form von Reaktionsspannungen speichern. Es ist daher
erforderlich, beim Zusammenbau günstige Verhältnisse zum Ausgleich dieser Spannungen zu
schaffen. Wenn sehr starre Einspannungen während des Schweißens vorhanden waren und die Eigenspannungen
nicht abgebaut wurden, besteht die Gefahr der plötzlichen Entladung der gespeicherten
Energie durch einen Bruch, der sich über große Querschnittsbereiche erstreckt, wie es bei
den Schäden an Schiffen und Brücken beobachtet wurde.
Bild 1-12. Charakteristik von Zwängungs-
und Reaktionsspannungen, Modell
nach [1-5];
a) Rahmen mit im Schnitt I – I eingespanntem
Flachstahl und Längsnaht,
b) Eigenspannungen aus der Summe der
Zwängungs- und Reaktionsspannungen
σ E R vor Auftrennen im Schnitt
I – I,
c) Eigenspannungen als Zwängungsspannungen
σ E Z nach Auftrennen im
Schnitt I – I.
Am Beispiel des im starren Rahmen eingespannten Stabes mit einer Längsnaht nach Bild 1-12 wird
die Umverteilung nach dem Freisetzen dieser gespeicherten potentiellen Energie gezeigt. Wird der
mit Reaktionsspannungen behaftete Stab bei I – I bis zu einer bestimmten Tiefe angeschnitten, so
wird die gesamte potentielle Energie im Augenblick des Bruches frei und durch einen Knall hörbar.
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