Zur rechnerischen Bauteil-Ermüdungsfestikeit unter dem besonderen Aspekt der Schweißnahtnachbearbeitung

Abstract

Der Widerstand ungeschweißter und insbesondere geschweißter Bauteilbereiche gegen Ermüdungsschädigung erweist sich in Theorie und Praxis als ein komplexes Problem, für das methodisch und experimentell abgesicherte Auslegungsgrundlagen von exponierter Bedeutung im Sinne der technischen Anwendung sind. Die aus den ablaufenden Schädigungsprozessen ableitbare und sich mit der praktischen Erfahrung deckende Erkenntnis der Lebensdauersteigerung durch gezielte und in ihrer fertigungstechnischen Ausführung qualitativ abgesicherte Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung kann dabei zu einem bestimmenden Moment der Bauteilauslegung werden. Ins Zentrum der Betrachtungen rücken hierbei insbesondere hochbeanspruchte Problemnähte einer technischen Konstruktion. Schädigungsprozessnahe Ansätze der rechnerischen Lebensdauerabschätzung erfordern insbesondere die Berücksichtigung der konstruktiven Bauteilfeingestalt, der zum Einsatz kommenden Konstruktionswerkstoffe und des im realen Komponentenbetrieb auftretenden äußeren Lastspektrums. Das zahlreichen Einflussgrößen unterliegende Ermüdungsgeschehen erfordert zudem eine fundierte Konzeptauswahl für klar abgegrenzte Teilgebiete. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auf das anzuwendende Auslegungskriterium (z.B. Technischer Anriss oder Bruch) und die Kategorisierung bezüglich ungeschweißter und geschweißter Strukturen mit besonderem Blick auf die Schweißnahtnachbearbeitung zu achten. Die Forderung nach detaillierter rechnerischer Lebensdauerabschätzung ist mit dem Einsatz lokaler Konzepte basierend auf Struktur- bzw. Kerbbeanspruchungen verknüpft. Hierbei stellt die numerische Beanspruchungsanalyse z.B. auf Basis der Finite Elemente Methode (FEM) einen wesentlichen Modul dar. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelte Methode der Konzeptkonformen Schweißnahtmodellierung zielt auf die Schaffung von Handlungssicherheit in diesem Bereich ab. Hiermit lässt sich u.a. der Ermüdungsfestigkeitsnachweis nachbearbeiteter Schweißverbindungen nach Örtlichem Konzept empfehlen. Für den speziellen Bereich der nichtnachbearbeiteten Nähte wird eine neue Verfahrensvariante des Strukturspannungskonzeptes vorgestellt, die bei annehmbarem Modellierungsaufwand den Aussagegehalt des Nachweises erhöht.