Schweißen unter einachsiger, zyklischer Beanspruchung : Experimentelle und numerische Untersuchungen

Erhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen an Bauwerken werden in unmittelbarer Zukunft an erheblicher Bedeutung gewinnen. Bereits heute übersteigen in Deutschland die Investitionen für den Erhalt und/oder die Verstärkung bestehender Bausubstanz die Neubauinvestitionen. Bei den notwendigen Verstärkungs- oder Sanierungsmaßnahmen ist es im Allgemeinen wirtschaftlich entscheidend, ob an einer unter Last stehenden Konstruktion geschweißt werden kann, oder ob eine Entlastung der Konstruktion vorgenommen werden muss. Bis heute wird davon ausgegangen, dass unter Lastbeanspruchung, insbesondere unter veränderlicher Last – wie z.B. im Brücken- und Offshorebau – eine Schweißung unter sich bewegenden Nahtflanken nicht möglich ist. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit ist die Untersuchung und Bewertung von Schweißverbindungen an Baustählen S355 J2 G3, welche unter Betriebsbeanspruchung, d.h. unter Bewegung der Nahtflanken, verschweißt wurden. Basierend auf durchgeführten Schweißversuchen werden Randbedingungen und Grenzen zur technisch sinnvollen Machbarkeit derartiger Schweißverbindungen vorgestellt. Vorrangiges Ziel bildet die Schaffung von Beurteilungskriterien, welche den planenden Ingenieur in die Lage versetzen, eine Aussage über die statische Tragfähigkeit einer unter Betriebsbeanspruchung hergestellten Schweißnaht zu treffen. Den Abschluss der Arbeit bildet eine theoretische Untersuchung des Schweißprozesses mittels der FE-Methode. Der aufgezeigte numerische Lösungsansatz soll eine Prognose über die sich infolge des Schweißprozesses einstellende Wärme- und Spannungsverteilung im Bauteil erlauben. Ansätze zur Beschreibung des Wärmeeintrages durch den Schweißlichtbogen sowie des Wärmeübergangs werden vorgestellt und diskutiert. Um im Rahmen der numerischen Simulation eine realistische Abbildung des Schweißprozesses sowie des thermischen Bauteilverhaltens zu gewährleisten, wurden Versuche zur experimentellen Bestimmung der temperaturabhängigen Werkstoffkennwerte durchgeführt.