Ermittlung lokaler Werkstoffkennwerte in Schweißverbindungen als Grundlage für numerische Bauteilanalysen

Schweißverbindungen sind durch Eigenschaftsgradienten zwischen Grundwerkstoff, verschiedenen Bereichen der Wärmeeinflusszone (WEZ) und dem Schweißgut (SG) gekennzeichnet. Qualitativ können Eigenschaftsgradienten einfach ermittelt werden, z. B. Festigkeitsunterschiede durch Härteprofile. Quantitative Bewertungen der Auswirkung von Eigenschaftsgradienten in Schweißverbindungen auf deren Traglast- und Versagensverhalten, wie sie mit Finite-Element-Rechnungen möglich sind, setzen allerdings die Kenntnis der vollständigen Spannungs-Dehnungs-Kurven der einzelnen Werkstoffbereiche voraus. Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, die mechanischen Eigenschaften eng begrenzter Gefügebereiche der WEZ an Schweißverbindungen experimentell zu bestimmen: Bei ausreichender Breite der interessierenden Zone können Kleinzugproben aus dem Original-Werkstoffbereich entnommen werden. Für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte können z. B. Biegeproben mit der Blechdicke entsprechenden Maßen gefertigt werden, in die durch geschicktes Einbringen von Kerb und Ermüdungsanriss die Rissfront in die entsprechende Gefügezone positioniert wird. Dabei müssen allerdings die für die Prüfung von Schweißverbindungen geltenden Bedingungen (z. B. nach BS 7448: Part 2, 1997) beachtet werden. Ist der entsprechende Materialbereich auch dafür zu klein, bietet sich die Schweißsimulation an. Mit ihrer Hilfe lassen sich bei Kenntnis des Umwandlungsverhaltens des Werkstoffs und der Temperatur-Zeit-Verläufe beim Schweißen beliebige WEZ-Gefüge, wie sie in der Originalnaht vorliegen, in größeren Volumina reproduzieren. Beide Vorgehensweisen sollen anhand von Beispielen erläutert werden.