Bewertung der Betriebsfestigkeit von Unterpulverschweißnähten basierend auf einer Schweißstruktursimulation

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Abstract

Durch den stetig vorangetriebenen Leichtbaugedanken ist eine möglichst genaue Abschätzung der Betriebsfestigkeit geschweißter Verbindungen unerlässlich. Die lokale Nahtübergangstopographie, Eigenspannungen und unterschiedliche Gefügezonen, welche durch den Schweißprozess ausgebildet werden, beeinflussen hierbei die Lebensdauer maßgeblich. Aufgrund der limitierten Anwendung von analytischen Methoden bei komplexen Strukturen werden zunehmend lokale Konzepte eingesetzt, welche auf numerisch ermittelten Beanspruchungen basieren. Bisher noch nicht durchgehend eingesetzt wird dabei die transiente Schweißstruktursimulation zur numerischen Berücksichtigung der Schweißung auf die Struktur. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die anhand einer Schweißstruktursimulation ermittelten Schweißeigenspannungen in die numerische Betriebsfestigkeitsbewertung zu implementieren. Zusätzlich werden die unterschiedlichen lokalen Eigenschaften von charakteristischen, durch den Schweißprozess entstandenen, Gefügezonen im Hinblick auf die Lebensdauer berücksichtigt. Die gesamte Simulationskette wird in Anlehnung an eine zweilagige Unterpulverschweißnaht aufgebaut. Im Zuge der Arbeit werden auch die maßgeblichen technologischen Herstellungsprozesse, wie die mechanische Bearbeitung des geschweißten Bleches zur finalen Probengeometrie und dem Recken zur Eigenspannungshomogenisierung, abgebildet. Für die thermisch-mechanisch gekoppelte Schweißstruktursimulation wird das Finite-Elemente-Softwarepaket Sysweld verwendet. Es werden dabei die unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften der einzelnen Gefügezonen eines Stahls sowie deren Zeit-Temperatur-Umwandlungsverhalten berücksichtigt. Die numerisch ermittelten Schweißeigenspannungen werden durch röntgenographische Messungen an der betrachteten Unterpulverschweißnaht validiert. Die numerische Abschätzung der Lebensdauer der eigenspannungsbehafteten Schweißproben erfolgt mit der Software Femfat. Die dabei benötigten lokalen Schwingfestigkeitsdaten liefern experimentelle Ermüdungsversuche, welche sowohl am Grundmaterial als auch an einzelnen charakteristischen Gefügezonen durchgeführt werden. Eine abschließende Gegenüberstellung der Lebensdauer basierend auf Simulation und Versuch zeigt die wesentlichen Vorteile und auch Anwendungsgrenzen der vorgestellten Methodik auf.

Details

Titel in ÜbersetzungFatigue assessment of submerged arc welded joints incorporating weld structure simulation
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung13 Dez. 2013
StatusVeröffentlicht - 2013