Fachzeitschrift ÖGS 05/06/2019

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Bild 2: Makroschliff A Bild 3: Makroschliff B Verfestigung des Materials Bedingt durch die Umformung des Materials findet im nachbehandelten Bereich eine lokale Verfestigung statt. Je nach Werkstoff und Verfestigungsverhalten kann dies zu einer wesentlichen Erhöhung der Härte und somit auch zu einer Festigkeitssteigerung führen. Aufbau von Druckeigenspannungen Zusätzlich zur lokalen Verfestigung werden Druckeigenspannungen eingebracht, welche entgegen den ermüdungsrelevanten Zugspannungen wirken und dadurch die gesamte Beanspruchung in der höchstbelasteten Zone senken. Zur Verifikation des sich durch die Nachbehandlung ausbildenden Eigenspannungszustandes können Messungen der Eigenspannungen mittels Röntgendiffraktometrie oder Bohrlochmethode dienen, aber auch eine Abschätzung des lokalen Eigenspannungszustandes basierend auf einer numerischen Simulation ist sehr gut möglich. In Bild 4 sind die vorhandenen hohen Zugeigenspannungen (blaue Kurve) an einem Bauteil nach dem Schweißen dargestellt. Die Werte liegen im Bereich der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes. Die Simulation des Eigenspannungsverlaufes nach der PIT-Behandlung (rote Kurve) zeigt, dass durch diese Behandlung Bild 5: Zugeigenspannungen ohne PIT Bild 6:Druckeigenspannungen durch PIT [12] Bild 4: Eigenspannungen längs zur Schweißnaht [12] Druckeigenspannungen ebenfalls in der Höhe der Festigkeit des Grundwerkstoffes im oberflächennahen Bereich eingebracht werden. Deutlich ist auch die Tiefenwirkung der Druckeigenspannungen (bis ca. 2,3 mm) zu erkennen. Auch die Messergebnisse der Druckeigenspannungen mit der klassischen Bohrlochmethode (bis ca. 1 mm Tiefe) stimmen speziell bei dem Experiment 2 sehr gut mit der Simulation überein. In Bild 5 ist die Verteilung der Eigenspannungen nach dem Schweißen und ohne PIT Behandlung dargestellt. Bild 6 zeigt das Eigenspannungsniveau nach der PIT Behandlung. Deutlich sind die mit blauer Farbe gekennzeichneten sehr hohen Druckeigenspannungen bis über 800 MPa zu sehen [12] . Die Wirkung dieser verschiedenen Faktoren auf die Ermüdung ist deutlich erkennbar im Wöhler-Diagramm Bild 7 dargestellt. 5 Forschungsergebnisse Durch das International Institute of Welding (IIW) wurde der Effekt von Schweißnahtnachbehandlungen auf die Ermüdungsfestigkeit bereits umfassend untersucht und aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen internationale Empfehlungen [2] und Anwendungsrichtlinien [3] abgeleitet. Das höherfrequente Hämmern wurde unter dem englischen Begriff High Frequency Mechanical Impact (HFMI) Treatment eingeführt. Basierend auf aktuellen Forschungsergebnissen werden die Vorschläge für eine von der Grundmaterialfestigkeit abhängige Steigerung der Ermüdungsfestigkeit ständig aktualisiert, und in die Richtlinien eingefügt. [6][7][8] Bild 8 zeigt in einem Auszug aus dem IIW Dokument - XIII- 2452r1-13 von Marquis et al. 2 Tabellen über vorgeschlagene Erhöhungsfaktoren. Hier sieht man deutlich die wesentlich höheren Faktoren gegenüber dem konventionellen Hämmern. Zahlreiche Untersuchungsergebnisse [9][10][11] für geschweißte Stahlverbindungen mit einer Streckgrenze von 235 bis 1300 MPa zeigen beispielhaft, dass durch eine PIT-Nachbehandlung eine wesentliche Steigerung der Ermüdungsfestigkeit von bis zu 250 % im Bereich der Langzeitfestigkeit (ab rund einer Million Lastzyklen) erreicht werden kann. Durch vergleichende Versuche mit Grundmaterialproben wird außerdem verdeutlicht, dass bei einer Anwendung des Verfahrens die 82 SCHWEISS- und PRÜFTECHNIK 05-06/2019
Bild 7: Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit S355 Ermüdungsfestigkeit des Grundmaterials nahezu zur Gänze ausgenutzt werden kann. Des Weiteren wird gezeigt, dass diese Nachbehandlungstechnik eine effektive Möglichkeit zur Ertüchtigung bereits bestehender Strukturen darstellt. [12] 6 Qualitätssicherung Voraussetzungen für eine erfolgreiche industrielle Anwendung sind eine hohe Reproduzierbarkeit und qualitätssichernde Maßnahmen. Neben einer fachlich fundierten Einschulung und Sensibilisierung des Bedieners kann vor der Nachbehandlung mit Hilfe des PIT-ALMEN Intensitätstests die korrekte Geräteeinstellung dokumentiert werden. Die Prozessüberwachung erfolgt durch optische Kontrollen der Behandlungsspur nach der Anwendung. Hierbei ist unter anderem die Vollständigkeit der zu behandelnden Bereiche, das vollständige Entfernen der Randkerben und eine gleichmäßige und komplette Flächenabdeckung zu überwachen. Durch diese Maßnahmen wird die Qualität und Wirkung des PIT-Verfahrens eindeutig dokumentiert. [13] 7 Vorteile durch PIT Der wesentliche Vorteil einer PIT-Behandlung besteht in der Steigerung der Ermüdungsfestigkeit und der Lebensdauer geschweißter Verbindungen hochbeanspruchter Kompo- Der Fortschritt geht weiter ... Rolliner 3G Die dritte Generation nur 70 mm Biegeradius schraubenlos konfektionierbar Bild 8: Auszug aus IIW Dokument XIII-2452r1-13 MIGAL.CO GmbH D-94405 Landau/Isar, Wattstraße 2 Fon +49(0)9951/69059-0 Fax +49(0)9951/69059-3900 info@migal.co www.migal.co SCHWEISS- und PRÜFTECHNIK 05-06/2019 83
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