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Bemessung von Kranstrukturen aus laserstrahl- und laserhybridgeschweißten höchst- und ultrahochfesten Stählen (P1203)

Bemessung von Kranstrukturen aus laserstrahl- und laserhybridgeschweißten höchst- und ultrahochfesten Stählen (P1203)
Ansprechpartner:

Benjamin Seyfried, M.Sc.

Förderung:

AIF / FOSTA

Kurzbeschreibung

Speziell in der Konstruktion zyklisch höchstbeanspruchter Strukturen stellen hochfeste Stähle eine geeignete Möglichkeit dar, Leichtbau zu betreiben und Festigkeitsreserven auszunutzen. Im Kranbau werden innerhalb der Strukturen Verbindungen klassischerweise mittels dem MAG-Schweißverfahren ausgeführt. Um diese Verbindungen herzustellen oder in höchstbeanspruchten Bereichen die Steifigkeit zu erhöhen, finden beispielsweise im Teleskopausleger eines Krans, Stumpfstöße, aufgeschweißte Bleche, U-Beulsteifen oder im Fahrzeugrahmen I-Stege Anwendung. Aufgrund fortschreitender Kosteneffizienz in der Fertigung und der Erhöhung der Nahtfestigkeit streben neuere Entwicklungen den Einsatz von Laserstrahlschweißverfahren und Laserhybridverfahren an.

Bisher konnte an Stumpfstoßverbindungen der Einsatz von Laserschweißprozessen für einige Werkstoffe in einem weiten Blechdickenbereich gezeigt werden. Allerdings liegen im Bereich hoch-, höchst- und insbesondere ultrahochfester Feinkornbaustähle wenige Ergebnisse vor, die durch eine Einordnung in gängige Regelwerke deren Anwendbarkeit sicherstellen. Daher zielt das Forschungsvorhaben auf die Untersuchung der zyklischen Beanspruchbarkeit von Stumpf- und Kehlnähten aus Stählen mit Streckgrenzen von 960 bis 1300 MPa ab. Die Schwingfestigkeitsbewertung dieser Verbindungen erstreckt sich aufgrund der Beanspruchungen im Kranbau und des notwendigen Abgleichs mit den Regelwerken bei 2 Mio. Schwingspielen über den Zeitfestigkeits- bis in den Kurzzeitfestigkeitsbereich. Im Rahmen der Bewertung werden sowohl geometrische und metallurgische Unterschiede in der Nahtgestalt, als auch der Einfluss variabler Betriebsbeanspruchungen auf die Schwingfestigkeit berücksichtigt.

Für die Betriebsfestigkeitsbewertung werden Nennspannungs- und Kerbgrundkonzepte auf den Anwendungsfall angepasst und diese an Bauteilausschnitten (Musterbauteilen) verifiziert. Ergänzend dazu findet eine Analyse der Wirtschaftlichkeit der angewendeten Laserschweißprozesse statt.

 

Forschungspartner:

Fachgebiet Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik SzM, Technische Universität Darmstadt

 

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