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Einleitung 1 Einleitung Der Einfluss der durch das Schweißen entstehenden Eigenspannungen auf die Schwingfestigkeitseigenschaften ist trotz vielfältiger Bemühungen bisher nicht ausreichend quantifiziert. Dies liegt vor allem daran, dass die für die Beurteilung notwendigen Kenntnisse der vorhandenen und für die Schwingfestigkeit verantwortlichen Eigenspannungen fehlen. Die Gründe hierfür sind unterschiedlich. Einerseits ist man bemüht, die Schweißeigenspannungen durch numerische Simulation des Schweißprozesses zu berechnen. Solche Berechnungen sind für geschweißte Bauteile jedoch äußerst kompliziert und bisher nicht ausreichend validiert. Bereits die Simulationen für Schweißungen an einfachen Versuchskörpern mit streng festgelegten Randbedingungen zeigen für unterschiedliche Werkstoffmodelle und Berechnungsansätze unterschiedliche Eigenspannungsergebnisse und Diskrepanzen zu Messungen. Von einer Annäherung an die Erfordernisse der Praxis mit komplexen Schweißkonstruktionen, die eine Vielzahl unterschiedlich angeordneter Schweißnähte enthalten können, ist man noch weit entfernt. Eine weitere Schwierigkeit in der Bewertung von Eigenspannungen besteht darin, dass diese während der Beanspruchung Veränderungen unterliegen können, so dass selbst eine präzise Berechnung der Ausgangseigenspannungen nur den ersten Schritt darstellen kann. Experimentelle Untersuchungen, in denen die Eigenspannungen mit geeigneten Messverfahren bestimmt und zur Beurteilung herangezogen werden, scheut man in der Praxis bisher immer noch, obwohl Erfahrungen aus dem Automobil- und Flugzeugbau gezeigt haben, dass mit geeigneten Messstrategien fertigungsbedingte Eigenspannungen beherrscht werden können. Andererseits können durch Messungen nur punktuelle Informationen gewonnen werden, während für eine Gesamtbewertung eines Bauteils die Kenntnis des gesamten Eigenspannungsfelds erforderlich ist. Die beschriebenen Umstände haben mit dazu geführt, dass bei schwingbeanspruchten Schweißkonstruktionen das Potential hochfester schweißbarer Stähle nicht zum Tragen kommt. Das aktuelle Regelwerk (Eurocode 3, IIW-Recommendations for Fatigue Design, etc.) erlaubt eine Unterscheidung von Stählen nach Festigkeitsklassen überhaupt nicht, wofür die vermuteten Eigenspannungen ganz wesentlich verantwortlich gemacht werden. Daraus folgt, dass ohne eine prinzipielle Verbesserung der Bewertungspraxis von Eigenspannungen keine Aussichten bestehen, seit langem verfügbare moderne hochfeste Stähle für solche Anwendungen einsetzen und dabei das wirtschaftliche sowie das Festigkeitspotential voll ausschöpfen zu können. Das Forschungsvorhaben „Berechnung von Eigenspannungen in Mehrlagenrohrschweißverbindungen und Quantifizierung des Einflusses auf die Lebensdauer bei Schwingbeanspruchung“ wendet sich den beschriebenen Fragestellungen gezielt zu, wobei sowohl die Berechnung der entstehenden Eigenspannungen und deren Veränderungen im Betrieb betrachtet, als auch systematische Messungen von Eigenspannungen durchgeführt werden sollen. Diese dienen einerseits zur Absicherung der Berechnungsergebnisse und sollen gleichzeitig eine Grundlage bilden, wie in der Anwendungspraxis eine kontinuierliche Qualitätskontrolle etabliert werden kann. Die Verwendung von Rohrschweißverbindungen als Probekörper erscheint aus zwei Gesichtspunkten als besonders erfolgversprechend. Zum einen erlauben die geometrischen Verhältnisse bei diesen Verbindungen Berechnungen, deren Aufwand sich auf dem Niveau 1
Einleitung einfacher Stumpfnahtverbindungen bewegt. Gleichzeitig stellen die Verbindungen aber selbsteinspannend wirkende Geometrien dar, die den Bauteilcharakter wesentlich besser abbilden, weil die Einspannbedingungen durch ausgeprägte Längs- (tangential) und Querschrumpfungsbehinderungen (axial) die Entstehung eines Eigenspannungszustands bewirken, der an ebenen Blechen so nicht vorhanden ist. Zum anderen stellen Rohrverbindungen ein typisches Praxisbeispiel dar, bei dem der Einsatz hochfester schweißbarer Stähle Stand der Technik ist, beispielsweise in der Offshoreindustrie und dem Mobilkranbau. Die systematische Untersuchung des Eigenspannungszustands nach dem Schweißen sowie unter Beanspruchung erlaubt Einblicke in die Mechanismen der Eigenspannungsentstehung sowie des Eigenspannungsabbaus im Zusammenhang mit diesen in der Praxis so häufig vorkommenden Schweißverbindungen. 2
Seite 1: 2015 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 6 und 7: Verzeichnisse 4.3.2.2 Eigenspannung
Seite 10 und 11: Stand von Wissenschaft und Technik

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