Festigkeitskonzepte geschweißter Bauteile - Gelenkwelle aus Stahl

FKM 2009
Heft Nummer 301
Vorhaben Nr. 273

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Abschlussbericht
Kurzfassung:

An geschweißten Rohr- und Flachproben aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 in Verbindung mit dem Baustahl S355J2G3 wurden Schwingfestigkeitsuntersuchungen unter Umlaufbiegung und Torsion bzw. Zug-Druck bei konstanten und variablen Amplituden durchgeführt. Dabei wurde der Einfluss zweier, verschiedener Schweißnahtgeometrien sowie unterschiedlicher
Schweißverfahren untersucht. Die Auswertung erfolgt in einer Gegenüberstellung mit dem Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept und einem Vergleich der Ergebnisse mit
den IIW-Empfehlungen zur Schwingfestigkeit geschweißter Bauteile. Zusätzlich wurden bruchmechanische Werkstoffkennwerte an geschweißten Proben ermittelt.
Für Rohr- und Flachproben ist dabei die Schwingfestigkeit des modifizierten innenzentrierten Stumpfstoßes (mSS) größer als die des konventionellen innenzentrierten Stumpfstoßes
(kSS). Nach dem Nennspannungskonzept ist die Schwingfestigkeit der lasergeschweißten Flachproben größer als die der WIG-geschweißten. Die bruchmechanischen Untersuchungen
zeigen für lasergeschweißte Proben größere Werte der Risszähigkeit und niedrigere Rissfortschrittsraten gegenüber den WIG-geschweißten Proben.
Für die hier vorliegenden Untersuchungen ist die Anwendung des Nennspannungskonzeptes insbesondere für die verschiedenartiaen Flachoroben zu emofehlen. Eine Differenzieruna
zwischen Schweißverfahren und ~ahkeometrie'isdt abei nichf möglich. Für die ~ohr~roben unter Biegung ist das Kerbspannungskonzept mit rWf=0,05 mm zu empfehlen, da mit ihm die
Erhöhung der Schwingfestigkeit der Variante mSS gegenüber der Variante kSS darstellbar ist, auch wenn die Konservativität der Lebensdauervorhersage gegenüber den Aussagen
des Nenn- und Strukturspannungskonzeptes nicht wesentlich abnimmt. Eine Verwendung des Kerbspannungskonzeptes mit einem Ersatzradius von r=1,0 mm ist bei einer geschweißten
Blechdicke von 5,5 mm nicht sinnvoll. Dies zeigt sich auch bei dem Referenzradius r,=0,3 mm bei den Rohrproben unter Biegung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Anwendung
des Strukturspannungskonzeptes auf Wurzelanrisse möglich ist. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. Berichtsumfang:
152 Seiten Beginn der Arbeiten:
01.09.2005 Ende der Arbeiten:
31.10.2008 Zuschussgeber:
BMWi i AiF-Nr. 1451 8 N Forschungsstelle:
Institut für Werkstoffkunde und Staatliche Materialprüfungsanstalt der TU Darmstadt Leitung:
Prof.Dr.-lng. C. Berger Bearbeiter und Verfasser:
Dr.-lng. B. Pyttel Obmann des Arbeitskreises:
Dipl.-lng. P. Grawenhof, Voith Turbo GmbH & Co. KG, Heidenheim Vorsitzender des Beirats:
Dipl.-lng. H. Linn, LlNN HIGH THERM GmbH, Hirschbach