Kurzdarstellung

Abstract

Aus wirtschaftlichen, konstruktiven sowie ästhetischen Aspekten werden moderne Stahlbau-konstruktionen immer schlanker und leichter ausgeführt. Dazu werden zunehmend hochfeste Feinkornbaustähle mit Dehngrenzen ≥ 690 MPa eingesetzt, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 30 % bis 50 % und eine Kostenersparnis von 5 % bis 15 % erreicht werden kann. Das Potential hochfester Feinkornbaustähle ist unter Beachtung der heutigen Richtlinien und Re-gelwerke jedoch nicht ohne weiteres nutzbar. Durch das Forschungsvorhaben wurde der Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspannungsausbildung und Kaltrissbildung unter Berücksichti-gung realitätsnaher Steifigkeitsbedingungen untersucht. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde ein Beitrag zur Verbesserung der Verarbeitungsrichtlinien erarbeitet, welche dem Verar-beiter eine sichere schweißtechnische Verarbeitung bei verbesserter Ausnutzung der Materialei-genschaften ermöglicht. Vor allem die Tragfähigkeit und die Sicherheit der Schweißverbindung bestimmen die Bemessung der Konstruktion und somit den nachhaltigen und ökonomischen Ein-satz dieser Güten. Der Zusammenhang zwischen der Höhe der entstehenden Eigenspannungen und der Wärmeführung in realen Konstruktionen ist zurzeit nur qualitativ überschaubar und führt zu einer eher konservativen Auslegung heutiger Schweißkonstruktionen. Die wirtschaftliche Ver-arbeitung hochfester Stähle wird neben dem Erreichen anforderungsgerechter mechanischer Ei-genschaften im Schweißnahtbereich vor allem durch die Vermeidung von Kaltrissen bestimmt. Die diesbezüglichen Empfehlungen in den geltenden Regelwerken beruhen jedoch vornehmlich auf Erkenntnissen aus Laborschweißungen an Kleinproben unter freier äußerer Schrumpfung. Die Hauptursachen für die Entstehung von Eigenspannungen wie inhomogene, lokale Erwär-mung und Abkühlung der schweißnahtnahen Bereiche und insbesondere die konstruktive Schrumpfbehinderung infolge umgebender Montagegruppen werden damit jedoch nicht abgebil-det. Der Einfluss der Wärmeführung, insbesondere der lokalen Vorwärmung, auf die Eigenbean-spruchung einer Konstruktion ist derzeit weitgehend unbekannt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspan-nungsausbildung in geschweißten Konstruktionen zu quantifizieren sowie Aussagen zur Beein-flussung und Absenkung der Eigenspannungen und somit der Gesamteigenbeanspruchung von Schweißkonstruktionen zu erarbeiten. Dazu wurden durch die sukzessive Steigerung des Ein-spanngrades der Zusammenhang zwischen Wärmeführung und resultierender Eigenspannung unter zusätzlicher Schrumpfbehinderung geklärt. Ferner wurde die Übertragbarkeit der den Re-gelwerken zugrundeliegenden Kleinprobenergebnisse auf reale Konstruktionen untersucht. Mit-hilfe systematischer Klein-und Großlastschweißversuche an definiert schrumpfbehinderten Proben konnte der Einfluss der Wärmeführung sowohl auf die lokalen nahtnahen Eigenspan-nungen als auch globale Eigenbeanspruchungen durch Reaktionsspannungen analysiert wer-den. Es zeigte sich, dass eine Reduktion der lokalen Eigenspannungen und der Eigenbeanspruchung von geschweißten Konstruktionen durch eine geringere Wärmeeinbrin-gung möglich ist. Eine Absenkung der Zwischenlagentemperatur erwies sich dabei unter ande-rem als besonders günstig. Damit ist es möglich vorhandene Wärmeführungskonzepte für hochfeste Stähle zu optimieren und dadurch die Kaltrissbildung zu vermeiden. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.