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Tuesday, September 18, 2018, Alfred-Colsman-Saal 10:00 AM Festigkeit gefügter Bauteile |
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Einfluss der Strahlqualität auf die Schwingfestigkeit laserstrahlgeschweißter Verbindungen |
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Markus Wagner* / Fraunhofer IWS Dresden, Deutschland Axel Jahn / Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Deutschland Ann-Christin Hesse/ Technische Universität Braunschweig, Deutschland Thomas Nitschke-Pagel/ Technische Universität Braunschweig, Deutschland Ralf-Eckard Beyer/ Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Deutschland |
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Moderne Strahlschweißverfahren finden zunehmend breite Anwendung in der industriellen Praxis. Die Laserstrahl- und Elektronenstrahlschweißverfahren kennzeichnen sich gegenüber konventionellen thermischen Fügeverfahren im Stahlbau (z.B. MSG-Schweißen) hauptsächlich durch die örtlich eng begrenzte Energieeinbringung sowie durch sehr hohe Leistungsdichten. Durch den Einsatz insbesondere moderner Laserstrahlquellen mit höchster Strahlqualität, wie Scheiben- oder Faserlaser können solche Schweißverbindungen mit immer kleineren Fokusdurchmessern, größeren Schweißgeschwindigkeiten und -tiefen realisiert werden. Allerdings resultieren daraus auch verringerte Nahtbreiten, kleinere Kerbradien sowie reduzierte Abkühlzeiten und erhöhte Nahtaufhärtung (bei umwandlungsfähigen Stählen). Die Schweißnahtqualität (Nahtgeometrie, Kerbradius) und die lokalen Eigenschaften in der wärmebeeinflussten Fügezone bestimmen allerdings maßgeblich die Schwingfestigkeit der Verbindung, wobei der Einfluss mit sinkender Nahtbreite zunimmt. Die aktuellen Regelwerke und Richtlinien zur schwingfesten Auslegung schmelzgeschweißter Verbindungen enthalten keine gesonderten Ermüdungsfestigkeitswerte für strahlgeschweißte Verbindungen. Es ist daher zwingend erforderlich die Ermüdungsfestigkeit von Laserstrahlschweißverbindungen unter Berücksichtigung wesentlicher schwingfestigkeitsrelevanter Qualitätsmerkmale grundlegend zu untersuchen. Im Rahmen des Beitrags werden Ergebnisse aus dem DVS-Forschungsprojekt dargestellt (Laufzeit 05/2015 - 10/2017). Darin wurde das grundsätzliche Ziel verfolgt, Laserstrahlschweißverbindungen entsprechend ihrer spezifischen Nahtqualitätsmerkmale in die für schmelzgeschweißte Verbindungen bestehenden FAT-Klassen einzuordnen. Die Untersuchungen erfolgten für Laserstrahlschweißungen an Stumpfstoßverbindungen für einen normalisierend gewalzten (S355N) und einen vergüteten Feinkornbaustahl (S960Q) unter Verwendung unterschiedlicher Blechdicken (3, 6 und 10 mm). Dabei wurde die Stahlqualität variiert, unter Berücksichtigung moderner Scheiben- und Faserlaser mit typischen Spotdurchmessern im Bereich von 100&400 ¼m. In der Auswertung werden grundlegende Zusammenhänge zwischen der Strahlqualität, den Nahtqualitätsmerkmalen und den resultierenden Schwingfestigkeiten dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass Faserlaserschweißungen bei Stumpfstößen im Vergleich zu Scheibenlaserschweißungen zu signifikant höheren Schwingfestigkeiten führen können. Weiterhin erfolgt eine Einordnung der ermittelten Schwingfestigkeits-Kennwerte in die aktuellen Regelwerke für schmelzgeschweißte Verbindungen. Der Beitrag wird inhaltlich durch die Ausführungen im Vortrag Einfluss ausgewählter Unregelmäßigkeiten nach DIN EN ISO 13919-1 auf die Schwingfestigkeit von Strahlschweißverbindungen der TU Braunschweig ergänzt. |