Lebensdauerprognose geschweißter Stahlkonstruktionen mittels mikromagnetischer Verfahren

In den Untersuchungen werden die Möglichkeiten zur Anwendung eines mikromagnetischen Messsystems zur Lebensdauer- bzw. Restlebensdauervorhersage schwingbeanspruchter geschweißter Stahlbauten im Rahmen der Bauwerksüberwachung vorgestellt. Es wird aufgezeigt inwieweit die bei magnetostriktiven Stahlwerkstoffen mittels eines geeigneten Messverfahrens erfassbaren mikromagnetischen Messgrößen mit ermüdungsspezifischen werkstofflichen Veränderungen korrelieren und im Rahmen einer multiparametrigen Regressionsanalyse für die Lebensdauerprognose solcher Bauwerke herangezogen werden können. Für eine solche Charakterisierung werden einerseits bestehende, aber auch fehlende Zusammenhänge zwischen den magnetischen Messgrößen und ermüdungsrelevanten strukturellen und mikrostrukturellen Merkmalen von Schweißverbindungen herausgearbeitet. Zu den Einflussgrößen gehören die unterschiedlichen Gefügezustände und chemischen Zusammensetzungen von Grund- und Zusatzwerkstoff, die mikrostrukturellen Veränderungen vom Grundwerkstoff zum Schweißgut hin, die Nahtgeometrie und ein der Schweißverbindung innewohnender charakteristischer Eigenspannungszustand. Diese Randbedingungen, die dem Versuchkörper direkt zuzuordnen sind, beeinflussen nicht nur das Schwingfestigkeitsverhalten sondern auch die mikromagnetischen Kennwerte und deren Veränderung unter zyklischer Beanspruchung. Als äußere Faktoren wird in erster Linie die Art der zyklischen Beanspruchung betrachtet sowie der Einfluss weiterer Umgebungsbedingungen berücksichtigt. Um zu den beschriebenen Ergebnissen zu gelangen, wird eine abgestufte Herangehensweise gewählt. Die Sensitivitätsanalyse des magnetischen Messsystems wird zunächst anhand von Schweißsimulationsproben untersucht. Hierzu werden durch Nachfahren von zuvor gemessenen Schweiß-Temperaturzyklen Proben erzeugt, die für verschiedene Zonen der Schweißnahtumgebung repräsentative Gefügestrukturen aufweisen. Auf diese Weise kann die Aussagekraft der Messgrößen in Abhängigkeit von der Mikrostruktur dezidiert angegeben werden. Im zweiten Schritt werden systematische Schwingversuche an Proben mit MAG-geschweißten Stumpfschweißverbindungen im Labormaßstab untersucht. Hierdurch kann eine kontinuierliche Verfolgung der mikromagnetischen Messgrößen über die gesamte Lebensdauer solcher Verbindungen bei unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen realisiert werden. Unter Zuhilfenahme begleitender Untersuchungen von Gefügestruktur, Eigenspannungszustand und Nahtgeometrie wird die Entwicklung eines Regressionsmodells zur mikromagnetisch gestützten Lebensdauervorhersage vorgestellt. Im dritten Schritt erfolgt die Adaptierung der entwickelten Methodik zur Lebensdauervorhersage an die spezifischen Gegebenheiten geschweißter Großproben im Bauteilmaßstab. Dabei wird aufgezeigt, dass die entwickelte Vorhersagemethodik unter bestimmten Randbedingungen für den praktischen Einsatz zur Lebensdauer- bzw. Restlebensdauervorhersage herangezogen werden kann.