P 938 – Einfluss des höherfrequenten Hämmerns auf die Ermüdungsfestigkeit ultrahochfester Stähle der Festigkeitsklassen S960, S1100 und S1300 am Beispiel geschweißter Kerbdetails

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P938

Artikelnummer: P938 Kategorie:

Beschreibung

P 938 – Einfluss des höherfrequenten Hämmerns auf die Ermüdungsfestigkeit ultrahochfester Stähle der Festigkeitsklassen S960, S1100 und S1300 am Beispiel geschweißter Kerbdetails

Im Mobilkranbau werden ultrahochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen von bis zu 1100 MPa bzw. mittlerweile auch  versuchsweise 1300 MPa eingesetzt. Infolge auftretender Ermüdungsbeanspruchungen während des Betriebs ist die  Lebensdauer der an Kranbauteilen vorkommenden geschweißten Kerbdetails, welche im oberen Zeitfestigkeitsbereich einzuordnen ist, jedoch begrenzt.
Eine Möglichkeit, die Lebensdauer zu erhöhen, stellt der Einsatz von   Schweißnahtnachbehandlungsmethoden wie beispielsweise das höherfrequente Hämmern (HFH) dar. Durch die Anwendung von HFH werden hauptsächlich Druckeigenspannungen in den behandelten Nahtübergangsbereichen induziert, die in einer Translation und Rotation der Wöhlerlinie resultieren. Aus diesem Grund schneiden sich die Wöhlerlinien unbehandelter (m ~ 3) und HFH-behandelter (m ~ 5) Kerbdetails theoretisch im oberen Zeitfestigkeitsbereich. Bestehende  Bemessungsvorschläge zur Erfassung von HFH berücksichtigen Stahlsorten lediglich bis maximal S960 und Blechdicken größer gleich 5 mm. Der Einfluss von HFH auf die Ermüdungsfestigkeit im oberen Zeit- bzw. im Kurzzeitfestigkeitsbereich für Stahlsorten S960 und höher ist nicht hinreichend abgedeckt. Zur Erfassung des Einflusses höherfrequenter  Hämmerverfahren auf die Ermüdungsfestigkeit geschweißter ultrahochfester Stähle wurden Ermüdungsversuche an vier kranbautypischen Kerbdetails aus den ultrahochfesten Feinkornbaustählen S960, S1100 und S1300 durchgeführt. Im Vergleich zum unbehandelten Nahtzustand konnten infolge einer HFH-Behandlung mindestens eine Verdoppelung der Ermüdungsfestigkeit sowie Lebensdauersteigerungen ab einer Lastwechselzahl von etwa 10.000 festgestellt werden. Im Kurzzeitfestigkeitsbereich mit Bruchlastwechselzahlen der im Nahtzustand belassenen Versuchskörper zwischen 10.000 und 40.000 werden in Abhängigkeit von Kerbdetail und Streckgrenze infolge einer HFH-Behandlung etwa die zwei- bis zehnfachen Lebensdauern erreicht.
Infolge der HFH-Behandlung verlagern sich teilweise die Rissausgangsorte von den Nahtübergangskerben in den Nahtwurzelbereich oder in vorhandene Kerbenim Grundwerkstoff. Die Ergebnisauswertung für die Kerbdetails Längssteife und Stumpfstoß lassen einen Einfluss der Werkstoffstreckgrenze auf die Wirksamkeit der HFH-Behandlung erkennen. VerschiedeneBlechdicken und Nahtgeometrien beeinflussen die Vergleichbarkeit der Ergebnisse im Rahmen der Ergebnisauswertung mit Hilfe des Nennspannungskonzeptes.
Die Einordnung der Versuchsergebnisse für den HFHbehandelten Nahtzustand in vorhandene Bemessungsansätze zur Berücksichtigung von HFH zeigt, dass die  Kerbfallklassen aller Bemessungsansätze im Vergleich zu den vorhandenen Ergebnissen konservativ sind. Für die Kerbdetails der Lamelle sowie des Stumpfstoßes mit Blechdickensprung scheint eine weitere Höherstufung der Kerbfallklasse infolge einer HFH -Behandlung möglich.
Das Ermüdungsverhalten von HFH-behandelten, ultrahochfesten Feinkornbaustählen S960 und höher unter Berücksichtigung von Vorbeanspruchungen, variablen Belastungskollektiven sowie vergrößerten Mittelspannungen ist bisher nicht hinreichend abgedeckt und bedarf weiterer Untersuchungen.
Das Forschungsvorhaben P 938 der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde am Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg- Essen mit fachlicher Begleitung und finanzieller Förderung durch die FOSTA, durchgeführt.

Autoren:
N. Stranghöner, J. Berg

Veröffentlichung:
2015