Erhöhung der Lebensdauer von Schweißverbindungen durch Hochfrequenzhämmern

Erhöhung der Lebensdauer von Schweißverbindungen durch Hochfrequenzhämmern

Im Allgemeinen weisen Schweißverbindungen eine deutlich geringere Schwingfestigkeit im Vergleich zum angrenzenden Grundwerkstoff auf. Ursache hierfür ist vor allem die durch die Schweißnahtgeometrie bedingte Kerbwirkung. Darüber hinaus reduzieren aber auch der sich in der Schweißnahtzone ändernde Werkstoff- bzw. Gefügezustand (metallurgische Kerbwirkung) und Zugeigenspannungen am anrisskritischen Ort die Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen. In den letzten Jahren hat das Hämmern mit hoher Frequenz (High Frequency Mechanical Impact bzw. HFMI-Verfahren) große praktische Bedeutung erlangt. Dabei schlägt ein gehärteter zylindrischer Stift mit runder Spitze mit hoher Geschwindigkeit bzw. Frequenz (> 90Hz) auf das Werkstück ein, wodurch die Nahtkerbe geometrisch verändert und die Oberfläche verfestigt wird sowie hohe Druckeigenspannungen induziert werden. Die Wirksamkeit des hochfrequenten Hämmerns zur Steigerung der Lebensdauer bzw. Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen und deren Anwendbarkeit ist inzwischen durch zahlreiche Untersuchungen belegt worden. Durch effektive Nachbehandlung von Schweißnähten lassen sich nicht nur konstruktive Schwierigkeiten von Neukonstruktionen lösen, auch der Einsatz von höherfesten Stählen wird erleichtert.

© Foto Fraunhofer IWM

Plastische Verformung des Schweißnahtübergangs in Folge des Hochfrequenzhämmern

© Foto Fraunhofer IWM

Simulation des Einbringens von Druckeigenspannungen in den Schweißnahtübergang durch Hochfrequenzhämmern

© Foto Fraunhofer IWM

Rechnerische Abschätzung der Lebensdauer von hochfrequenzgehämmerten Schweißverbindungen (rot) und der experimentelle Nachweis (blau)