Betriebsfeste Bemessung von LCF-beanspruchten MAG-Schweißverbindungen für den Einsatz im Kranbau

Die auf einen Kran wirkenden Belastungen führen zu lokal hohen Beanspruchungen im Kurzzeitfestigkeitsbereich. Aus Schwingfestigkeitsversuchen MAG-geschweißter höchst- und ultrahochfester Stähle resultieren für Stumpfstöße und Quersteifen aus 8 mm dicken Blechen unter konstanten Beanspruchungsamplituden Wöhlerlinien, die der FAT-Klasse 80 bzw. 71 nach dem Regelwerk des IIW genügen und mit Neigungen von k = 3 angenähert werden können. Grundlegend zeigt sich, dass sich die Schwingfestigkeit dieser MAG-Schweißverbindungen durch Schweißnahtnachbehandlungsmethoden, wie WIG-Aufschmelzen, hochfrequentes Hämmern oder Schleifen, auch im LCF-Bereich positiv beeinflussen lässt. Im Zuge einer beanspruchungsoptimierten Auslegung und der Ausnutzung des Festigkeitspotenzials hochfester Stähle ist neben dem Werkstoffverhalten bei konstanten Beanspruchungsamplituden der Einfluss von variablen Beanspruchungen auf die Lebensdauer zu berücksichtigen. Aus diesem Grund wurden im Betrieb auftretende Lasten analysiert und daraus ein gaußverteiltes Beanspruchungskollektiv sowie eine Beanspruchungs-Zeit-Funktion abgeleitet. Unter variablen Beanspruchungen wird das Schwingfestigkeitspotenzial anhand experimentell ermittelter Gaßnerlinien und charakteristischen Schadenssummen, hervorgehend aus einer linearen Schadensakkumulation, deutlich. Die an Stumpfstößen und Quersteifen gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich durch Bauteiluntersuchungen geschweißter Gabel-Rohr-Verbindungen verifiziert. Neben der konventionell eingesetzten Rohr-Gabelkopf-Schweißnaht ist der schwingfestigkeitsmindernde Einfluss in Längsrichtung aufgeschweißter Laschen Gegenstand der Untersuchung. Auf Basis einer numerischen Modellierung werden schließlich in linearelastischen und elastisch-plastischen Simulationen lokale Beanspruchungsgrößen für die Bewertung nach örtlichen Bemessungsmethoden ermittelt.