Quantifizierung des lokalen Verfestigungsverhaltens in zyklisch beanspruchten Schweißverbindungen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Hauptaufgabe im Teilprojekt G1 bestand darin, das lokale Verfestigungsverhalten einer zyklisch beanspruchten Schweißnaht zu quantifizieren. Hierzu wurde die Mikrostruktur von zwei Schweißverbindungen unterschiedlicher Festigkeiten nachgebildet. Die lokalen Eigenschaften wurden durch die Herstellung von Sekundärproben für FKZ und GKZ bestimmt. Die durchgeführte Studie zeigte, dass die metallographischen Analysen ergänzt durch Härtemessungen eine zuverlässige Charakterisierung der Schweißverbindungen und Beurteilung der nachgebildeten Mikrostruktur ermöglichen. Dabei ist hervorzuheben, dass die Charakterisierung nur mit Hilfe von mikroanalytischen Verfahren nicht ausreichend sein könnte, denn die metallographischen Aufnahmen sind keine Werkstoffkennwerte und können durch die Probenpräparation, wie z.B. Ätzungsmittel und -dauer, beeinflusst werden. Im Ergebnis der Elektronenstrahlmikroanalyse wurde festgestellt, dass die lokale chemische Zusammensetzung im GW und in der WEZ sehr ähnlich war. Das bedeutet, dass die im Schweißprozess auftretende hohe Temperatur die Diffusion von Elementen in der WEZ vernachlässigbar beeinflusst hat. Darauf basierend konnte der GW für die Simulation der WEZ-Mikrostruktur verwendet werden. Es wird empfohlen, die Wärmebehandlung an überdimensionierten Rohlingen durchzuführen, aus denen nachträglich Sekundärproben hergestellt werden. Dadurch können eine homogene Mikrostruktur im mittleren Bereich des Rohlings genutzt und starke Härtegradienten an der Oberfläche vermieden werden. Die Abmessungen der Rohlinge sollten sich demnach an der Geometrie der Sekundärproben orientieren. Das dargestellte Verfahren ist insbesondere für den Fall geeignet, dass wegen zu geringer Abmessungen der homogenen Bereiche in einer Schweißnaht keine direkte Probenentnahme möglich ist. Die im Teilprojekt G1 ermittelten Ergebnisse wurden sowohl bei den Projektpartnern für weitere Forschungsarbeiten als auch direkt in der IBESS-Prozedur verwendet. Die Ergebnisse der Schwingversuche an 140 geschweißten Proben dienten in der ersten Linie der Validierung der IBESS-Prozedur. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den Experimenten und Rechnungen insbesondere bei R-Werten von -1 und 0.5 beobachtet. Um die Ergebnisse aus den einzelnen Teilprojekten und dem Gesamtcluster für einen breiteren Anwenderkreis verfügbar zu machen, ist für 2016 eine zusätzliche mehrtägige IBESS-Sitzung mit PBA und erweitertem Teilnehmerkreis geplant. Dies soll voraussichtlich im Sommer/Herbst in Berlin 2016 stattfinden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Review on fracture and crack propagation in weldments – A fracture mechanics perspective. Engng. Fracture Mech. 132 (2014), 200-276
U. Zerbst, R.A. Ainsworth, H.Th. Beier, H. Pisarski, Z.L. Zhang, K. Nikbin, T. Nitschke-Pagel, S. Münstermann, P. Kucharczyk, D. Klingbeil
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2014.05.012) - Characterization of local deformation in welded joints using a combined experimental and numerical approach. Key Engineering Materials, Vol. 627 (2015), p. 241-244
P. Kucharczyk, S. Münstermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.627.241) - Imperfektionen für die schwingbruchmechanische Bewertung von Schweißverbindungen. DVS-Berichte Band 315: DVS- Congress 2015, Große Schweißtechnische Tagung: Vorträge der Veranstaltungen im Rahmen von DVS Congress und DVS Expo in Nürnberg vom 15. bis 17. September 2015, p. 271-276
B. Schork, U. Zerbst, P. Kucharczyk, J. Bernhard, M. Kaffenberger, J. Baumgartner, M. Oechsner
- Integrale bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen: Validierung an Stumpfstößen und Kreuzstößen. DVS-Berichte Band 315: DVS-Congress 2015, Große Schweißtechnische Tagung: Vorträge der Veranstaltungen im Rahmen von DVS Congress und DVS Expo in Nürnberg vom 15. bis 17. September 2015, p. 306-309
J. Bernhard, M. Madia, B. Schork, P. Kucharczyk, D. Tchoffo Ngoula, J. Baumgartner, D. Schöne
- Lokale Werkstoffeigenschaften von Schweißnähten - Gefügesimulation. DVS-Berichte Band 315: DVS-Congress 2015, Große Schweißtechnische Tagung: Vorträge der Veranstaltungen im Rahmen von DVS Congress und DVS Expo in Nürnberg vom 15. bis 17. September 2015, p. 277-281
P. Kucharczyk, J. Hensel, S. Münstermann
- Estimation of local properties in welded joints using samples with simulated microstructure. International Journal of Structural Integrity, Vol. 7 Issue: 6, pp.739-747, 2016
P. Kucharczyk, S. Münstermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1108/IJSI-10-2015-0047)
