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Seite VI Inhaltsverzeichnis 7.2.3 Kerbspannungskonzept .................................................................................................................... 38 8 Untersuchung der Eigenspannungsstabilität unter quasi-statischer Beanspruchung (AP6) ...... 40 8.1 Rundschweißproben ...................................................................................................................................... 40 8.2 Flachschweißproben ...................................................................................................................................... 41 9 Untersuchung der Eigenspannungsstabilität unter zyklischer Beanspruchung (AP7) .................. 45 9.1 Rundschweißproben ...................................................................................................................................... 45 9.2 Flachschweißproben ...................................................................................................................................... 47 10 Bauteilversuche (AP8) ............................................................................................................................................... 49 10.1 Werkstoff und Bauteilgeometrie ............................................................................................................... 49 10.2 Oberflächenzustand ........................................................................................................................................ 50 10.3 Schwingfestigkeitsversuche ........................................................................................................................ 53 10.3.1 Durchführung ................................................................................................................................... 53 10.3.2 Auswertung ....................................................................................................................................... 53 11 Ableitung von Vorgaben und Empfehlungen für die Erarbeitung einer Richtlinie (AP9) ............. 56 12 Zusammenfassung und Ausblick ........................................................................................................................... 58 13 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU .................... 61 13.1 Wissenschaftlich-technischer Nutzen ..................................................................................................... 61 13.2 Wirtschaftlicher Nutzen ................................................................................................................................ 61 13.3 Innovativer Beitrag ......................................................................................................................................... 61 13.4 Industrielle Anwendungsmöglichkeiten ................................................................................................ 61 14 Ergebnistransfer in die Wirtschaft ........................................................................................................................ 62 14.1 Maßnahmen während der Projektlaufzeit ............................................................................................ 62 14.2 Maßnahmen nach Projektende .................................................................................................................. 63 14.3 Einschätzung zur Realisierbarkeit des vorgeschlagenen und aktualisierten Transferkonzepts ............................................................................................................................................. 63 15 Gegenüberstellung der durchgeführten Arbeiten mit dem Projektantrag ........................................... 64 16 Literaturverzeichnis .................................................................................................................................................... 66 Fraunhofer IWM
Einleitung Seite 1 von 70 1 Einleitung Schweißverbindungen weisen allgemein eine wesentlich niedrigere Schwingfestigkeit im Vergleich zum jeweiligen Grundwerkstoff auf [1]–[4]. Ursache hierfür ist u.a. die durch die Schweißnahtgeometrie bedingte Kerbwirkung. Darüber hinaus reduzieren aber auch der sich in der Schweißnahtzone ändernde Werkstoff- bzw. Gefügezustand (metallurgische Kerbwirkung) und vorliegende Zugeigenspannungen am anrisskritischen Ort die Schwingbeanspruchbarkeit von Schweißverbindungen. In den letzten Jahrzehnten erfolgte die Entwicklung eine Vielzahl von mechanischen und thermischen Schweißnahtnachbehandlungsverfahren zur Reduktion der Kerbwirkung in Schweißverbindungen aus Stahl und Aluminium. Bei diesen Verfahren wird entweder das Schweißnahtprofil zur Reduzierung der Kerbspannungen verbessert, das Schweißeigenspannungsfeld vorteilhaft modifiziert oder eine Verfestigung der Randschicht durchgeführt [5]. Vor allem Verfahren der mechanischen Oberflächenbehandlung haben sich mit Erfolg als robuste Prozesse der Nahtnachbehandlungen bewährt wie z.B. Hämmerverfahren oder das Kugelstrahlen. In den letzten Jahren hat das Hämmern mit hoher Frequenz (High Frequency Mechanical Impact bzw. HFMI-Verfahren) große praktische Bedeutung erlangt. Dabei schlägt ein gehärteter zylindrischer Stift mit runder Spitze mit hoher Geschwindigkeit bzw. Frequenz (> 90Hz) auf das Werkstück ein, wodurch die Nahtkerbe geometrisch verändert und die Oberfläche verfestigt wird sowie hohe Druckeigenspannungen induziert und Randschichtverfestigungen erreicht werden. Die Wirksamkeit des hochfrequenten Hämmerns zur Steigerung der Lebensdauer bzw. Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen und deren Anwendbarkeit ist inzwischen durch zahlreiche Untersuchungen belegt worden (u.a. in [6]–[12]). Das gilt auch für die Reproduzierbarkeit dieser Nachbehandlungen und wird u.a. durch die Aufnahme dieser Nachbehandlungsverfahren in die international anerkannten IIW-Empfehlungen zur ermüdungsfesten Auslegung von Schweißverbindungen [1] und durch die Herausgabe der speziellen IIW-Richtlinie zum Einsatz von Nachbehandlungsverfahren für die Schwingfestigkeitserhöhung von Schweißkonstruktionen belegt [13]. Die Schwingfestigkeitserhöhung durch Beschleifen von Nahtübergängen ist Bestandteil von Eurocode 3 und 9 [4], [14] sowie der FKM-Richtlinie [3]. Grundsätzlich ist zur Notwendigkeit der Nachbehandlung von Schweißnähten festzustellen, dass einerseits Schweißverbindungen häufig nur in bestimmten Bereichen entlang der Naht hochbeansprucht sind. Andererseits erlauben die konstruktiven Randbedingungen (u.a. eingeschränkter Bauraum z.B. im Fahrzeugbau) eine Verlagerung der Schweißnähte in geringer beanspruchte Konstruktionsbereiche nur mit sehr hohem Aufwand bzw. Kosten oder dies ist sogar komplett ausgeschlossen. Das betrifft u.a. geschweißte Konstruktionen des Maschinenbaus und Fahrzeugbaus, wo aus funktionellen Gründen Schweißverbindungen in hochbeanspruchten Bereichen nicht vermieden werden können, wie z.B. der Anschluss von Antriebs- und Bremssystemen an Fahrgestellrahmen. Durch die effektive Nachbehandlung von Schweißnähten lassen sich in solchen Fällen nicht nur konstruktive Fraunhofer-IWM
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Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 8 und 9: Seite 2 von 70 Einleitung Schwierig

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