Schwingfestigkeit von Laserstichnähten an schiffbaulichen Konstruktionen unter mehrachsiger Belastung
Christoph Robert
Mit der heute zur Verfügung stehenden Laserschweißtechnik und -leistung können auch dickere, schiffbautypische Stahlbleche mit einer ausreichenden Anbindungsbreite durch Stichnähte ersetzt werden. Noch gibt es jedoch nur wenige Untersuchungen und Versuche zum Schwingfestigkeitsverhalten der Stichnähte und auch in den Vorschriften, Richtlinien und Normen sind diese noch nicht verankert. Vor allem Versuche und Bewertungen unter Schub und mehrachsigen Belastungen aus Schub- und Achsialspannung fehlen für die Stichnähte an dicken Platten. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb Schwingfestigkeitsversuche an Laserstichnähten in 10 mm dicken Deckblechen auf 8 mm dicken Stegen unter den Belastungen der Achsialspannung in Stegrichtung, des Schubes in Stichnahtlängsrichtung sowie unter einer kombinierten phasengleichen Belastung aus gleich großer Axial- und Schub-spannung durchgeführt.
Die Axialspannungs-Versuche wurden auf Resonenanzpulsern an Kreuzstoß-Proben, die die Stichnaht enthielten, durchgeführt. Für die Schubversuche wurden mit der Stichnaht Deckbleche auf Rohrproben geschweißt. Mit einem aufwendig entwickelten Versuchstand, welcher über einen gelagerten Dreieckhebel und Zug-/Druckstangen ein Torsionsmoment auf die Rohorproben aufbrachte, konnte mit einem Hydraulik-zylinder eine konstante Schubspannung in die Stichnaht eingeleitet werden. Um die Mulitaxial-Versuche durchzufüheren, wurden Rohrproben zu doppelstöckigen Proben erweitert, sodass eine biegemomentfreie Überlagerung der Schub- und Axialspannung in der Stichnaht gewährleistet war. Der Versuchstand wurde um einen weiteren Hydraulikzylinder ergänzt, welcher eine vertikal angreifende Kraft auf die Probe aufbrachte.
Die Versuchsergebnisse wurden anschließend mit dem Nennspannungskonzept, sowie lokalen Schwingfestigkeitswerten wie der Kerbspannung und dem Spannungsintensi-tätsfaktor ausgewertet. Zur Beurteilung der Multiaxialität wurden neben Vergleichs-spannungen auch Interaktionskurven und die „Modified Wöhler Curve Method“ angewendet und für die Stichnähte überprüft. Um alle untersuchten Belastungsarten mit einer Master-Wöhlerlinie bewerten zu können, wurden etwaige Vergleichswerte für die Verwendung an den Laserstichnähten optimiert. Des Weiteren wurden Zusammenhänge und Möglichkeiten zur Beschreibung und Abschätzung der verschiedenen Wöhlerlinienneigungen gesucht. Neben dem Spannungsgradienten vor der Kerbe wurden Funktionen mit dem eingeführten Parameter des Schubbelas-tungsgrades ausfindig gemacht, sodass für unterschiedliche Belastungskombina-tionen die Wöhlerlinienneigungen und -referenzwerte berechnet werden können. Somit wurde eine Grundlage zur sicheren Schwingfestigkeitsauslegung von Laserstichnähten gelegt.
