Einfluß von Eigenspannungen und Mikrostruktur auf die Lebensdauervorhersage für Schweißverbindungen

Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Lebensdauervorhersage für Schweißverbindungen in Bauteilen durch die Erfassung ermüdungsrelevanter Werkstoffveränderungen zu verbessern. Hierzu wurden verschiedene Stumpfnahtverbindungsarten (WIG-DV, MAG-DV, MAG Handschweißung) in Proben und Großbauteilen sowie Schweißsimulationsproben aus dem Baustahl S355J2G3 (St 52-3) herangezogen.Es wurde untersucht, in welcher charakteristischen Weise röntgenographisch erfaßte Eigenspannungen, die über die Röntgeninterferenzlinienprofilanalyse bestimmten mikrostrukturel Ien Kenngrößen sowie mikromagnetisch gemessene Parameter von einer vorgegebenen quasistatischen und zyklischen Belastung abhängen. Begleitend wurden Hysteresemessungen sowie metallographische und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt.Der in den unterschiedlichen Schweißnahtbereichen erfaßte Eigenspannungsabbau und stattfindende mikro strukturelle Prozesse ließen sich last-, gefüge- und schwingspielzahlabhängig einordnen. Die Einbeziehung örtlicher Spannungsüberhöhungen in die Berechnung von Vergleichsspannungen, eine Erweiterung des Modellansatzes nach und Finite -Elemente-Rechnungen ermöglichten eine schlüssige Bewertung des mehrachsig stattfindenden Eigenspannungsabbaus im Schweißnahtbereich.Über die Analyse von Kenngrößenveränderungen der Profilanalyse und des mikromagnetischen Meßverfahrens ließen sich die Belastungsgeschichten von Schweißsimulationsproben ermitteln und ermüdungsbedingte Werkstoffveränderungen verfolgen. Die Genauigkeit einer über die Vielparameter-Regressionsanalyse mikromagnetischer Kenngrößen getroffenen Lebensdauerabschätzung war dabei gefüge- und lastabhängig.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Weiterentwicklung bestehender (örtlicher) Lebensdauervorhersagekonzepte. Die Bewertung der auf Basis von Nahtprofilmessungen ermittelten Kerbform- und Kerbwirkungszahlen zeigte, daß die mittels des abgeschätzten Dehnungswöhlerlinien der Wärmeeinfiußzone in Verbindung mit der Kerbformzahl nach und der Stützziffer nach eine gute rechnerische Abschätzung aller an Schweißproben experimentell ermittelten Wöhlerlinien unter verschiedenen Spannungsverhältnissen und Mittelspannungen lieferte.Auf der Basis von Wöhlerversuchen wurden Methoden entwickelt, über äquivalente Probenversuche die Restlebensdauer einer Schweißnaht im Großbauteil zu ermitteln. Die Berücksichtigung der röntgenographisch gemessenen abgebauten Eigenspannungen verbesserte die Vorhersagegenauigkeit einer rechnerischen Lebensdauervorhersage auf Basis des örtlichen Konzepts.