Erfolgreiche Promotion zum Thema "Zum Einfluss der Fertigungspa­rameter auf die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen höherfester Stähle" von Herrn Thoralf Kästner

Bei Beurteilung der Tragfähigkeit von Schweißverbindungen werden werkstoffliche und konstruktionsbedingte Einflussgrößen bisher nicht ausreichend differenziert betrachtet. Die Bestimmung des Bemessungswiderstands erfolgt auf Basis der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes oder einer  phänomenologisch nicht begründbaren gewichteten Kumulation der Zugfestigkeiten von Grundwerkstoff und Schweißzusatz. Zudem werden Korrelationsbeiwerte verwendet, in denen eine Vielzahl von Einflussfaktoren in einem einzigen Wert subsumiert werden. Eine differenzierte Betrachtung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung und der konstruktionsbedingten Anforderungen an diese erfolgt nicht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Grundlagen für die Bewertung des Einflusses des Schweißprozesses auf die Festigkeiten des Schweißgutes und der Wärmeeinflusszone in Abhängigkeit der verwendeten Werkstoffe und deren Herstellungsverfahren sowie einer damit einhergehenden Trennung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung von den konstruktionsbedingten Anforderungen an diese geschaffen.

Aufbauend auf einer Beschreibung metallurgischer und verfahrenstechnischer Grundlagen sowie aktueller Bemessungsregeln von Schweißverbindungen höherfester Stähle werden Modelle zur Bestimmung der Tragfähigkeit von durchgeschweißten Stumpfstößen mit lokaler Entfestigung und Versuchsergebnisse vorangegangener Forschungsvorhaben diskutiert. Dabei werden materielle und geometrische Einflussfaktoren auf die Verbindungstragfähigkeit beschrieben und evaluiert. Anschließend werden die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen zur Bestimmung der Schweißgut- und Wärmeeinflusszoneneigenschaften von zwei thermomechanisch gewalzten und zwei vergüteten höherfesten Feinkornbaustählen vorgestellt. Dabei werden die Einflüsse der Materialkombination von Grundwerkstoff und Schweißzusatz, Nahtöffnungswinkel, Lagigkeit und Abkühlzeit t_8/5, repräsentativ für die Fertigungsparameter,  quantifiziert. Weiterführend werden Regressionsmodelle zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der t_8/5-Zeit und für die Wärmeeinflusszone zusätzlich in Abhängigkeit der Spitzentemperatur T_max entwickelt. Zudem werden die Versuchsergebnisse der Schweißgutuntersuchungen statistisch ausgewertet, um charakteristische Zugfestigkeiten für die Bemessung von Schweißverbindungen festzulegen.

Zur Untersuchung materieller und geometrischer Einflussgrößen auf die Tragfähigkeit durchgeschweißter Stumpfstöße mit lokaler Entfestigung in der Wärmeeinflusszone und/oder einem Zugfestigkeits-Undermatching des Schweißgutes werden strukturmechanische Parameterstudien mit dem FE-Programm ANSYS durchgeführt. Diese bilden die Grundlage für die Entwicklung eines neuen Bemessungsmodells unter Berücksichtigung des Softenings der Wärmeeinflusszone und des Zugfestigkeits-Mismatchings des Schweißgutes sowie deren Breiten. Im Sinne einer einfachen Anwendung werden für ausgewählte Werkstoffe und Abkühlzeiten untere Grenzwerte der Eingangsgrößen des Bemessungsmodells definiert.