Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Die Rissentstehungsphase in Schweißverbindungen, d.h. wo Risse entstehen und wie sie wachsen, ist für Bewertung der Bauteilsicherheit von zentraler Bedeutung. Aufgrund des bei der Schweißung entstehenden Wärmeeintrags bilden sich mehrere Gefügezonen (Grundwerkstoff, Wärmeeinflusszone, Schweißnaht) mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften nebeneinander aus. Genaue Kenntnisse über die Rissentstehung sind notwendig, da die bruchmechanische Lebensdauerbewertung auf einem vorhandenen Riss mit definierter Tiefe und Breite aufbaut. Die frühe Ermüdungsrissausbreitung erfolgt entlang der Gleitebenen der einzelnen Körner und kann über die mikroplastische Wechselverformung beschrieben werden. Die mikromechanischen Werkstoffeigenschaften der polykristallinen Mikrostruktur sind dabei ausschlaggebend. Die numerische Modellierung des Kurzrisswachstums berücksichtigt diese Mikrostruktur und erlaubt eine trennscharfe Analyse zwischen den Effekten der lokalen Werkstoffeigenschaften und der Schweißnahtgeometrie beziehungsweise der Kerbwirkung am Schweißnahtübergang. Solche Schädigungsmechanismen wurden beispielhaft an einem Feinkornbaustahl (S355NL) nachgewiesen.
Die Herausforderungen liegen in der Differenzierung und charakteristischen Bewertung der verschiedenen Gefügezonen der Schweißnaht, die starke mechanische Eigenschaftsunterschiede aufweisen. Insbesondere die korrekte Herstellung von Mikroproben aus den unterschiedlichen Gefügebereichen, um die jeweiligen mechanischen Eigenschaften zu erfassen, ist entscheidend. Zudem ist die transkristalline Rissinitiierung in den einzelnen Körnern und ihr Wechseln der Rissebene zwischen benachbarten Körnern zu berücksichtigen, da sie direkte Auswirkungen auf die makroskopischen Eigenschaften der Schweißverbindung hat.