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Residual stresses and fatigue behavior of high strength structural steels with fillet welded longitudinal stiffeners

Eigenspannungen und Schwingfestigkeit von geschweißten Längssteifen aus hochfesten Stählen
 
: Hensel, J.; Nitschke-Pagel, T.; Dilger, K.; Schoenborn, S.

:

HTM - journal of heat treatment and materials 69 (2014), No.1, pp.14-23
ISSN: 0341-101X
ISSN: 1867-2493
ISSN: 2194-1831
English
Journal Article
Fraunhofer LBF ()

Abstract
Residual stresses may affect the behavior of welded steels under fatigue loading. However, for the design of welded structures the level and distribution of residual stresses from welding are often not known so that tensile residual stresses in the order of the yield strength are conservatively assumed. Stress relief annealing is generally suspected to enhance the fatigue strength. The results presented here focus on the influence of residual stresses and thermal stress relief on the fatigue strength of longitudinal stiffeners made of a mild steel S355NL and a high-strength steel S960QL. The initial residual stress conditions were measured using X-ray and neutron diffraction. In order to characterize the influence of residual stresses on the fatigue strength, specimens were tested in the as-welded condition and after a stress-relieving heat treatment. Fatigue testing was conducted under constant amplitude loading with a stress ratio of R = -1 using samples with high and low stress concentration. It was shown that the annealing process influenced not only the welding residual stresses but also the welding distortion. It was found that welding distortion can be increased by thermal stress relief which again affects the fatigue strength.

 

Eigenspannungen können die Schwingfestigkeit geschweißter Stähle beeinflussen. Jedoch sind in der Praxis die tatsächlichen Eigenspannungen in solchen Verbindungen nicht bekannt, sodass für die Bemessung konservativ von Eigenspannungen in Höhe der Streckgrenze des Grundwerkstoffs ausgegangen wird. Dem Spannungsarmglühen wird daher generell ein schwingfestigkeitssteigernder Effekt zugeschrieben. Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von Eigenspannungen und Verzug infolge des Spannungsarmglühens auf die Schwingfestigkeit von geschweißten Längssteifen aus den hochfesten Feinkornbaustählen S355NL und S960QL. Die Eigenspannungen im Schweißzustand wurden mittels Röntgen- und Neutronenbeugung ermittelt. Um den Einfluss der Eigenspannungen auf die Schwingfestigkeit zu untersuchen, wurden Versuchsreihen im Schweißzustand und nach dem Spannungsarmglühen geprüft. Die Schwingversuche wurden mit konstanten Amplituden bei einem Spannungsverhältnis von R = −1 durchgeführt. Die Spannungskonzentration der Proben wurde bei einem Teil der Versuchsreihen mittels WIG-Nachbehandlung verringert. Es konnte gezeigt werden, dass das Spannungsarmglühen neben dem Abbau der Eigenspannungen eine Vergrößerung des Schweißverzugs bewirken kann. Dieser Probenverzug beeinflusst die Schwingfestigkeit negativ, sodass nicht zwangsläufig von einer Verbesserung der Schwingfestigkeit ausgegangen werden kann.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-301701.html

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