Festigkeitsnachweis und bruchmechanische Bewertung von Schweißverbindungen

Der Festigkeitsnachweis geschweißter Konstruktionen kann sowohl experimentell mit Bauteilversuchen als auch rechnerisch erfolgen. Der experimentelle Nachweis am Bauteil ist sehr aufwändig und wird daher wegen der hohen Bauteilkosten, Bauteilstückzahlen oder Bauteilgröße selten durchgeführt. Der rechnerische Festigkeitsnachweis sieht vor, dass durch die Gegenüberstellung der Beanspruchung und des Werkstoffwiderstandes die maximal zulässige Beanspruchbarkeit der geschweißten Konstruktionen sowie deren sicherer Betrieb für eine vorgesehene Lebensdauer gewährleistet sind.

Im Seminar „Festigkeitsnachweis und bruchmechanische Bewertung von Schweißverbindungen“ wird zunächst ein Überblick über die Eigenschaften von Schweißverbindungen sowie relevante Aspekte für deren Festigkeit und Gebrauchseignung gegeben. Als wichtiges Ziel werden Sie an numerische und analytische Nachweisverfahren statisch und zyklisch beanspruchter Schweißverbindungen mittels Festigkeitskonzepte herangeführt. In diesem Zusammenhang werden die aktuellen Regelwerke zur Bewertung von Schweißverbindungen vorgestellt und deren Anwendung an verschiedenen Beispielen aufgezeigt.
Ein weiterer Schwerpunkt dieses Seminars ist, Sie mit den Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer schwingbeanspruchter geschweißter Konstruktionen und deren quantitativen Bewertung vertraut zu machen.

Das Programm im Überblick:

• Thematische Einführung
  • Arten von Schweißverbindungen
  • Überblick typischer Schadensfälle
  • Übersicht der unterschiedlichen Schadensmechanismen:
  • Sprödbruch
  • plastisches Versagen
  • Ermüdung
  • Bauteilsicherheit und Nachweisverfahren
    
    
• Eigenschaften von Schweißverbindungen
  • Metallurgie des Schweißens
  • Schweißeigenspannungen: Ursachen, Ermittlung und Bewertung
  • Festigkeit von Schweißverbindungen
    
    
• Schweißnahtqualität bewerten
  • Auswirkung von Schweißfehlern auf die Schwingfestigkeit
  • Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen
  • DVS-Merkblätter und IIW-Empfehlungen
    
    
• Festigkeitskonzepte zur Bewertung von Schweißverbindungen
  • Schwingfestigkeitsverhalten
  • Linear-elastische Konzepte: Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept
  • Elastisch-plastische Konzepte (Dehnungskonzepte)
  • Vorstellung der relevanten nationalen und internationalen Richtlinien: FKM-Richtlinie, IIW-
  • Empfehlungen und Eurocode
• Praxisbeispiele und Übungsblock 1
  • Die Teilnehmer bearbeiten selbständig praxisnahe Bewertungskonzepte für Schweißverbindungen nach IIW-Richtlinien:
  • Schweißnahtberechnung bei statischer Beanspruchung in Stumpf- und Kehlnähten
  • Festigkeitsnachweis bei zyklischer Beanspruchung in Stumpf- und Kehlnähten
    
    
• Maßnahmen zur Steigerung der Lebensdauer von Schweißverbindungen
  • Thermische Nachbehandlung wie z.B. Spannungsarmglühen
  • Mechanische Nachbehandlung
  • Reparatur, Ertüchtigung und Instandsetzung
  • Richtlinien; IIW-Empfehlungen für die Nahtnachbehandlung von geschweißten Stahl- und Aluminiumverbindungen.
    
    
• Grundlagen der Bruchmechanik
  • Linear-elastische und elastisch-plastische Bruchmechanik
  • Beanspruchungsparameter an der Rissspitze
  • Spannungsintensitätsfaktor
  • J-Integral
  • CTOD (Crack Tip Opening Displacement)
  • Werkstoffspezifische Risswiderstandskennwerte
  • Grenzzustände bei statischer und zyklischer Beanspruchung
  • Bruchmechanische Bauteilbewertung
    
    
• Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis nach aktuellen Regelwerken
  • Übersicht der bruchmechanischen Regelwerke
  • Bruchmechanische Bewertungskonzepte
  • Berechnungen für statisch sowie zyklisch beanspruchte Bauteile mit Rissen
  • Berücksichtigung von Schweißeigenspannungen
  • Besonderheiten der Werkstoffcharakterisierung für geschweißte Bauteile
  • Festigkeits-Mismatch
    
    
• Simulation mit Finiten Elementen
  • Vernetzung des Rechenmodells
  • Erforderliche Werkstoffeigenschaften
  • Rechnerische Simulation des Schweißprozesses zur Ermittlung von Verzug und Eigenspannungen
  • Rechnerische Simulation von Bauteilen mit Rissen
    
    
• Vorstellung typischer Anwendungsbeispiele
  • Ermittlung von Schweißeigenspannungen und Integritätsbewertung eines geschweißten Behälters
  • Rissfortschrittssimulation für eine geschweißte Probe
• Übungsblock 2
  Selbständige Lösungen zur fehlertoleranten Auslegung und Lebensdauerbewertung auf Basis bruchmechanischer Methoden, Anwendung bruchmechanischer Software (Laptops erforderlich)
  • Ermittlung von Spannungsintensitätsfaktoren sowie des zyklischen Rissfortschritts unter Berücksichtigung von Schweißeigenspannungen
  • Konstruktive Kerbe im geschweißten Zylinder
  • Integritäts- sowie Risswachstumsberechnungen für einfache Schweißverbindungen

Zielgruppe:

Das Seminar richtet sich an Ingenieure und Konstrukteure aus den Tätigkeitsbereichen:

• Berechnung und Konstruktion
• Qualitätssicherung und –bewertung
• Schadensanalyse

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