Laserstrahlgeschweißte T-Stoß-Verbindungen

Entwicklung der Grundlagen und Optimierung der Herstellung und Bemessung, lasergeschweißter T-Stoß-Verbindungen – Entwicklung von Anschlüssen lasergeschweißter Halbzeuge für die Anwendung im Schiff- und Stahlbrückenbau (T-Stöße) (IGF-Nr. 16935 BG)

Durchführende Stelle: Technische Universität Dortmund (Prof. Ungermann), TU Hamburg-Harburg (Prof. Fricke), SLV Rostock (J. Hoffmann)

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2012 bis 31.12.2014

Zutech-Vorhaben mit der Forschungsvereinigung FOSTA


Motivation / Ausgangssituation

Orthotrope versteifte Platten sind sowohl im Schiffbau wie im Stahlbau in verschiedenster Form zu finden. Das Laserschweißen ist hierbei besonders beim Fügen des Schlüsseldetails T-Stoß aufgrund hoher Schweißgeschwindigkeiten und dabei geringem Wärmeverzug besonders wirtschaftlich.

Forschungsbedarf besteht im Hinblick auf die Festigkeit dieser Verbindungen unter den für Steg-Gurt-Anschlüssen typischen Belastungen einer wechselseitigen Biegebeanspruchung des T-Stoßes sowie unter einer zyklischen Schubbeanspruchung, wobei vor allem auch die Schwingfestigkeit zu beachten ist. Nach Kenntnis der Verfasser existieren derzeit jedoch keine Schwingfestigkeitsuntersuchungen an laserstrahlgeschweißten oder laser-hybrid-geschweißten T-(Voll)-Stößen bzw. Laserstichnähten unter den oben genannten Belastungen.

 

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist, die wirtschaftlichen und technischen Vorteile des Laserschweißens gegenüber den konventionellen Schweißverfahren wie den UP- und MSG-Schweißverfahren für den Stahl- und Schiffbau weiter nutzbar zu machen. Durch Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Lebensdauer am für den Stahlbau wesentlichen Schlüsseldetail, dem T-Stoß unter oben genannten Beanspruchungen sollen Bemessungsansätze für die Anwendung in der Praxis entwickelt und bereitgestellt werden. Einhergehend damit werden aus den Untersuchungsergebnissen Qualitätsstandards abgeleitet, die die zweifelsfreie Anwendung der bereitgestellten Nachweiformate bezüglich der Schweißnahttragfähigkeiten sowie Ermüdungsfestigkeiten gewährleisten. Des Weiteren soll durch die Entwicklung von Anschlussmöglichkeiten, für mittels Laserschweißtechnik hergestellter Halbzeuge, der Weg für den Einsatz solcher Halbzeuge in Stahlkonstruktionen geebnet werden. Wesentliches Ziel der Forschungsarbeit ist die Wirtschaftlichkeit und Fertigungsmöglichkeiten im Schiffbau und Stahlbrückenbau erheblich zu verbessern.

Die Festigkeit wird experimentell anhand von T-Verbindungen mit einer Laser-Stichnaht, einer einseitigen voll angeschlossenen Laser- und einer entsprechenden Laser-Hybrid-Naht untersucht. Als Belastungen werden eine Biegebelastung des Steges sowie eine Schubbelastung zwischen Steg und Gurt betrachtet, die entweder statisch oder dynamisch auf Proben aufgebracht wird. Zusätzlich wird der Einfluss von Qualitätsmerkmalen untersucht, diese sind hierbei mit der Prüfung zu korrelieren. Neben den experimentellen Untersuchungen werden lokale Spannungsberechnungen durchgeführt, um die Ergebnisse verallgemeinern zu können. Im Einzelnen gliedert sich das Vorhaben in folgende Arbeitspakete:

  • Qualifizierung der Schweißverbindungen
  • Statische Tragfähigkeit
  • Ermüdung
  • Hohlplatten-Anschlüsse
  • Leitfaden zur Anwendung lasergeschweißter Hohlplatten und Profile

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