Beschreibung
P 802 – Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen aus hochfesten Mehrphasenstählen unter Berücksichtigung fertigungsspezifischer Einflüsse
Unter den rauen Bedingungen in der Automobilrohkarosseriefertigung lassen sich schweißbedingte Imperfektionen wie Risse beim Widerstandspunktschweißen von hochfesten Stählen nicht immer vermeiden. Für die sichere Auslegung ist die Kenntnis über den Einfluss solcher Risse von erheblicher Bedeutung. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde daher der Einfluss solcher Impefektionen auf die Schwingfestigkeit von hochfesten Stählen untersucht.
Für die gezielte Herstellung von Rissen wurden verschiedene Methoden analysiert und aufbauend auf den Ergebnissen vier Verfahren zu Herstellung von Schweißrissen angewendet. So konnte durch eine Kühlung der Fügestelle während des Schweißprozesses Oberflächenrisse im Bereich des Elektrodeneindrucks erzeugt werden. Durch eine spezielle Probengeometrie und Schweißfolge (sog. 4-Punkt-Probe) konnten darüber hinaus gezielt Risse in der Wärmeinflusszone (WEZ) erzeugt werden. Neben diesen im realen Schweißprozess hergestellten Schweißrissen wurden ebenfalls simulierte Schweißrisse erzeugt und analysiert. So wurden durch Funkenerosion rissähnliche Oberflächenkerben in der WEZ eingebracht.
Da Risse im inneren der Punktschweißverbindung nur eingeschränkt schweißtechnisch zu erzeugen sind, wurden weiterhin gesägte innenliegende Kerben simuliert. Die Analyse zum Einfluss der Risse auf die Schwingfestigkeit erfolgte durch die Gegenüberstellung der Steifigkeitsverläufe von rissfreien Referenzproben und Schweißproben mit Schweißrissen der o.g. Form. Als Versagenskriterium wurde ein Probensteifigkeitsabfall von 30 % festgelegt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen von Proben mit Oberflächenrissen im Elektrodeneindruck und in der WEZ zeigen, dass sowohl der Steifigkeitsverlauf (Rissausbreitung) als auch die Versagensschwingspielzahlen nicht negativ beeinflusst werden. Dabei konnte für Proben mit Rissen in der WEZ nachgewiesen werden, dass die Schwingrisse sich sowohl mit den Schweißrissen verbinden als auch diese kreuzen können. Bemerkenswert ist, dass trotz dieser direkten Interaktion zwischen Schweißriss und Schwingriss keine Veränderung der Schwingfestigkeit festgestellt werden konnte.
Unter Verwendung von fraktographischer Methoden wurde darüber hinaus nachgewiesen, dass der Ort der Rissentstehung ebenfalls nicht durch den Schweißriss beeinflusst wird.
Für die simulierten außenliegenden Risse (erodiert) mit verschiedenen Geometrien sowie für die innenliegenden Risse im Bereich der WEZ konnte, trotz direkter Interaktion zwischen Schweißriss und Schwingriss, auf Basis der Steifigkeitsverläufe eben-falls keine signifikante Beeinflussung der Schwingfestigkeit nachgewiesen werden.
Das Forschungsprojekt wurde an der Bundesanstalt für Materialprüfung und -prüfung (BAM), Berlin mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Autoren:
M. Rethmeier, G. Weber, H. Gaul, S. Brauser
Veröffentlichung:
2011
