P 702 – REFRESH – Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer geschweißter Stahlkonstruktionen

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P702

ISBN: 978-3-942541-03-9 Artikelnummer: P702 Kategorien: ,

Beschreibung

P 702 – REFRESH – Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer geschweißter Stahlkonstruktionen

In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Lebensdauer von Bauwerken neben der Optimierung des Konstruktionsgewichts zur Reduzierung der Herstellungskosten an Bedeutung gewonnen. Entscheidend für die Lebensdauer zyklisch beanspruchter ge-schweißter Stahlkonstruktionen sind hoch beanspruchte Schweißnahtdetails. Durch eine Anhebung der Ermüdungsfestigkeit dieser Kerbdetails kann die Lebensdauer der Gesamtkonstruktion verlängert werden. Dies kann durch eine Nachbehandlung der Schweißnähte mit verschiedenen Methoden geschehen.
Während im Bauwesen bislang einzig das Beschleifen der Schweißnähte eingesetzt wird, werden in anderen Branchen bereits Verfestigungsverfahren wie z.B. das Kugelstrahlen erfolgreich angewendet. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen zeigt die positive Wirkung von gezielt genutzten Schweißnahtnachbehandlungsmethoden. Neuere Untersuchungen bestätigen dabei die besondere Wirkung höherfrequenter Hämmerverfahren.
Voraussetzung für eine breite Einführung von lebensdauerverlängernden Maßnahmen, insbesondere im Bauwesen ist, dass neben der reinen Anwendung der Verfahren zur Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer Stahlkonstruktionen, Verfahren zur Berechnung und Quantifizierung der erzielbaren Effekte sowie entsprechende Qualitätssicherungssysteme bereitgestellt werden müssen. Einsatzmöglichkeiten, Auswirkungen sowie Grenzen der Verfahren müssen auf der Basis umfassender statistisch abgesicherter Untersuchungen als Stand der Technik anerkannt sein und Bestandteil entsprechender Richtlinien werden.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden umfangreiche Untersuchungen zur Wirkungsweise und Wirksamkeit der höherfrequenten Hämmerverfahren durchgeführt.
Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die positive Wirkung der höherfrequenten Hämmerverfahren, HiFIT und UIT, auf durch die plastische Verformung des Nahtübergangs erzeugten Druckeigenspannungen und Randschichtverfestigungen beruht. Die Rissinitiierungsphase wird verlängert und die Rissfortschrittsphase durch Rissschließeffekte verzögert, so dass die experimentell ermittelte Ermüdungsfestigkeit um 80 bis 100 Prozent gegenüber einer unbehandelten Schweißnaht erhöht wird. Dieselbe Verbesserung wird bei vorgeschädigten aber makrorissfreien Schweißnähten erzielt.
Die Geräte wurden in Hinblick auf ihre maximale Wirksamkeit, ihre Prozesssicherheit und ihre Anwendbarkeit in der Praxis hin optimiert. Die zum Erreichen einer Prozesssicherheit erforderlichen Geräteeinstellungen wurden analysiert, definiert und ein Qualitätssicherungskonzept entwickelt. Dieses Konzept verlangt die Erstellung und Zertifizierung von Verfahrensanweisungen, die Durchführung von Anwenderschulungen und Prüfungen sowie die Durchführung von Qualitätskontrollen. Durch die Weiterentwicklung eines mikro-magnetischen Messsystems wird ein Messsystem für die Prüfung der Anwendung der zertifizierten höherfrequenten Hämmerverfahren für von der Standardanwendung abweichende Bauteile bereitgestellt.
Verschiedenen Bemessungskonzepte wurden basierend auf lokalen Konzepten zur genauen Berechnung der Lebensdauer entwickelt, anhand der experimentellen Ergebnisse verifiziert und abschließend analysiert. Als Resultat wurde ein vereinfachtes Bemessungskonzept entwickelt, dass dem Ingenieur eine konservative Bemessung von Bauteilen ermöglicht.
Als Ergebnis des Projektes steht ein ganzheitliches Konzept, das sowohl Qualitätsanforderungen sicherstellt als auch Bemessungsvorschriften bereitstellt. Aufbauend auf den untersuchten Verfahren HiFIT und UIT wurde damit ein Zertifizierungsverfahren entwickelt. Dieses Zertifizierungsverfahren steht jetzt neben HiFIT und UIT auch für weitere Verfahren zur Verfügung. Derzeit wird in nationalen und internationalen Gremien an der Umsetzung der Ergebnisse in Richtlinien gearbeitet. Damit wird zukünftig nicht nur die Anwendung dieser Verfahren, sondern auch die Berücksichtigung bei der Bemessung im Rahmen der definierten Grenzen möglich sein.
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt Nr. 02PB2103 wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rah-menkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die FOS-TA hat den industriellen Arbeitskreis initiiert und gelei-tet. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren: Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe; Ingenieursozietät Peil, Ummenhofer und Partner, Karlsruhe; DYNATEC Gesellschaft für CAE und Dynamik mbH, Braunschweig; Kranbau Köthen GmbH, Köthen; LKT Klebtechnik GmbH, Aachen; MAN B&W Diesel Gruppe, Augsburg; Maurer Söhne GmbH & Co. KG, München; REpower System AG, Hamburg; Schachtbau Nordhausen GmbH, Nordhausen. Des Weiteren erhielt dieses Projekt den EU-REKA-Status

Autoren:
T. Ummenhofer, S. Herion, J. Hrabowsky, S. Rack, I. Weich, G. Telljohann, S. Dannemeyer, H. Strohbach, H. Eslami-Chalandar, A. K. Kern, D. Pinkernell, M. Smida, U. Rahlf, B. Senk

Veröffentlichung:
2011