Experimentelle und numerische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von verfestigten Kerben und Schweißverbindungen nach dem Hochfrequenzhämmern

Die Ermüdungsfestigkeitsteigerung von Schweißverbindungen durch das High Frequency Mechanical Impact (HFMI)-Verfahren ist hinreichend statistisch belegt. Die Wirkweise des Verfahrens beruht auf der Änderung der Kerbgeometrie am Nahtübergang, sowie auf der Verfestigung der Randschicht und die Entstehung oberflächennaher Druckeigenspannung. Der Einfluss dieser Effekte wird im Rahmen dieser Arbeit sowohl experimentell als auch numerisch an gekerbten und geschweißten Proben aus niederfesten Stahl (S355J2+N) und hochfesten Stahl (S960QL) untersucht. Durch gezielte Seperationsexperiemente an gekerbten Grundwerkstoffproben erfolgte experimentell eine teilweise Trennung der Effekte der Randschichtverfestigung sowie der Induzierung von Druckeigenspannung im Schwingfestigkeitsversuch. Durch Prozesssimulation des Schweißprozesses, der HFMI-Nachbehandlung sowie der Schwingbelastung mit der Finiten Elemente Methode (FEM) wurde der Eigenspannungszustand nach der Behandlung errechnet und mit Röntgen- und Neutronenbeugungsmessungen abgeglichen. Bei der numerischen Analyse des Ermüdungsverhaltens lag der Fokus auf der Phase der Rissbildung, die durch dehnungsbasierte Schädigungsparameter abgebildet wurde. ... mehrDabei wurde die zyklisch-stabile Eigenspannung als zusätzliche Mittelspannungskomponente berücksichtigt. Als Kriterium der Unterscheidung zwischen der Phase des Anrisses und des stabilen Rissfortschritts wurde der Spannungsabstandsansatz (engl. critical distance method) verwendet. Die Untersuchungen zeigten, dass die Schwingfestigkeitssteigerung bei den gekerbten Proben aus S355J2+N in erster Linie auf die Randschichtverfestigung zurückzuführen sind, während bei den gekerbten Proben aus S960QL fast aus-schließlich die induzierte Druckeigenspannung für den Schwingfestigkeitsgewinn verantwortlich ist.