Lebensdauerbewertung von Schweißverbindungen unter besonderer Berücksichtigung von Eigenspannungen

Der Einfluss von Schweißeigenspannungen auf die Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen wurde an einem Feinkornbaustahl S460NL (Werkstoffnummer 1.8903) untersucht. Schwingfestigkeitsversuche an Längssteifen im Schweißzustand zeigten nahezu keinen Einfluss der Mittelspannung auf die Lebensdauer, während bei spannungsarm geglühten Längssteifen eine Mittelspannungsempfindlichkeit von M = 0,33 ermittelt wurde. Ebenso konnte an Versuchen mit Überlast eine Erhöhung der Schwingfestigkeit beobachtet werden. Rechnerisch wurden die Schweißeigenspannungen in der Längssteife durch eine Schweißsimulation bestimmt und deren Umlagerung unter zyklischer Belastung unter Verwendung von an Werkstoffproben validierten Werkstoffmodellen simuliert. Dabei zeigte sich analog zu röntgenografischen Eigenspannungsmessungen eine mit der Höhe der Belastung zunehmende Reduzierung der Schweißeigenspannungen im Bereich der Nahtübergangskerbe. Unter Verwendung von Schädigungsparametern konnte die Schwingfestigkeit basierend auf den stabilisierten Eigenspannungen und den Lastspannungen rechnerisch ermittelt werden.

The influence of welding residual stresses on the fatigue strength of welded joints was investigated on a fine grained structural steel S460NL (material number 1.8903). Fatigue tests on longitudinal stiffeners in as-welded condition revealed nearly no influence of the mean stress on the service life, whereas a mean stress sensitivity factor of M = 0.33 was deduced for specimens subjected to post-weld heat treatment (annealing). Also, fatigue tests with overload resulted in an increase of the fatigue strength. Numerical calculations were performed to simulate the welding residual stresses in the longitudinal stiffener as well as the redistribution of residual stresses under cyclic loading using cyclic plasticity models validated in small specimen tests. The numerical results predict a decrease of tensile residual stress at the weld toe with increasing the applied load amplitude, being in agreement with X-ray diffraction measurements performed. Based on the knowledge of the stabilized residual stress level and using appropriate damage parameters, the fatigue strength can be numerically predicted.