Beschreibung
P 869 – Laserstrahlgeschweißte T-Stoß-Verbindungen – Entwicklung der Grundlagen und Optimierung der Herstellung für die Anwendung im Schiff- und Stahlbrückenbau
Das Fügen von Stahlbauteilen mittels Laserschweißtechnik ersetzt in Teilbereichen der stahlverarbeitenden Industrie (Schiffbau, Rohrleitungsbau, Sonderprofilbau) zunehmend die konventionellen Schweißtechniken. Als Gründe hierfür sind die erreichbaren hohen Schweißgeschwindigkeiten bei gleichzeitig schmalen und schlanken Nähten mit guten Nahteigenschaften zu nennen sowie die geringe Wärmebelastung und der geringe Verzug der Bauteile infolge des Schweißens. Darüber hinaus können mit Hilfe von sogenannten Laserstichnähten geschlossene Strukturen wie Stahlhohlplatten wirtschaftlich gefertigt werden.
Zurzeit fehlen jedoch experimentell abgesicherte Bemessungsverfahren von lasergeschweißten T-Stoß-Verbindungen unter Belastungskombinationen, die für den Stahlhochund Stahlbrückenbau relevanten sind. Es sind weder die Laserstichnähte in den aktuellen Normenwerken wie dem EC3 verankert, noch gibt es Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von lasergeschweißten T-Stoß-Verbindungen unter Normalkraft-, Biege- und Schubbeanspruchung sowie unter kombinierter Beanspruchung.
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung und Bereitstellung aller notwendigen wissenschaftlich und technisch erforderlichen Erkenntnisse zur Verwendung von laser- und laserhybridgeschweißten T-Stoß-Verbindungen in Stahlbaukonstruktionen. Des Weiteren sollten grundlegende Anschlussmöglichkeiten von lasergeschweißten Hohlplatten für deren Einsatz in Großkonstruktionen aus Stahl entwickelt werden sowie eine Spezifizierung der Anschlüsse für die Anwendungsgebiete Schiff- und Stahlbrückenbau und deren unterschiedliche Anforderungen vorgenommen werden. Dabei wurde das Ziel verfolgt, die Wirtschaftlichkeit und Qualität solcher Stahlkonstruktionen durch Verwendung von lasergeschweißten Profilen und Hohlplatten wesentlich zu verbessern.
Innerhalb des Projektes wurden Schweißparameter und Mindestfertigungsstandards für laser- und laserhybridgeschweißte Vollanschlüsse und Laserstichnähte entwickelt. Für die im Stahlbau typischen Belastungen Normalkraft, Biegung und Schub wurden Bemessungsmodelle am Detail des T-Stoßes durch experimentelle Untersuchungen hergeleitet. Das lasergeschweißte Halbzeug „Hohlplatte“ wurde basierend auf d iesen Modellen umfangreich analytisch und numerisch sowie konstruktiv hinsichtlich eines Einsatzes im Schiff- und Stahlbrückenbau untersucht.
Dabei konnte festgestellt werden, dass Hohlplatten unter Verwendung der innerhalb des Projektes verbesserten Lasernähte für den Einsatz in hochbelasteten Decks bei Schiffskonstruktionen als auch bei hochgradig ermüdungsbeanspruchten Konstruktionen im Stahlbrückenbau grundsätzlich geeignet sind. Erste Ermüdungsversuche an Anschlusskonstruktionen für die geschlossenen Strukturen, zeigten zusätzlich aussichtsreiche Ergebnisse für eine praxistaugliche Anwendung der untersuchten Halbzeuge.
Das IGF-Vorhaben 16935 BG der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde an der Fakultät Bauwesen, Fachgebiet Stahlbau, Technischen Universität Dortmund, vom Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen, Technische Universität Hamburg-Harburg und von der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg- Vorpommern GmbH, Rostock, durchgeführt.
Autoren:
D. Ungermann, C. Rüsse, W. Fricke, C. Robert, R. Peters, A. Sumpf
Veröffentlichung:
2016
