AiF / IGF 14195 BG

Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle

FOSTA P 652

Die Entwicklungen im Stahlbau tendieren zu immer schlankeren und leichteren Konstruktionen aus Baustählen mit höherer Festigkeit. Von der Stahlindustrie wurden hierfür Stähle entwickelt, die neben den höheren Festigkeiten auch gute Schweißeigenschaften und hohe Zähigkeiten aufweisen. Das Materialeinsparungspotential durch höherfeste Baustähle der Festigkeitsklassen S460 und S690 kann bei geschweißten Bauteilen jedoch aufgrund der aktuellen Normen nur ungenügend genutzt werden. Ziel des Forschungsvorhabens, durchgeführt von 4 Forschungsstellen, war daher im Sinne eines wirtschaftlichen und zugleich ressourcenschonenden Einsatzes von höherfesten Baustählen die Entwicklung von zeitgemäßen Konstruktions-, Bemessungs- und Verarbeitungsprinzipen für Schweißverbindungen höherfester Baustähle. Hierzu wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit von nichtdurchgeschweißten Laschen-, Kreuz- und Stumpfstoßverbindungen aus höherfesten Baustählen der Stahlsorten S460M/ML und S690Q/QL im Blechdickenbereich 15, 20 und 50 mm durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung des Einflusses der Kombination von unterschiedlichen Festigkeitsverhältnissen zwischen Grundwerkstoff und Schweißzusatzwerkstoff (sogenannte Misch- und Mismatch- Verbindungen) von MAG geschweißten Verbindungen. Insgesamt wurden dabei 326 Versuche zur Tragfähigkeit bei Raumtemperatur und 41 Versuche zur Ermittlung einer eventuellen Sprödbruchgefahr bei tiefen Temperaturen (-40°C) durchgeführt. Numerische Schweißsimulationen und Eigenspannungsmessungen dienten der Ermittlung der beim  Schweißen lokal entstehenden Festigkeitsunterschiede und Eigenspannungszustände. Diese Ergebnisse unterstützen die Bewertung des Trag- und Bruchverhaltens der Schweißverbindungen. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen konnten Empfehlungen für die Bemessung von Schweißverbindungen aus höherfesten Baustählen im Hinblick auf die Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit abgeleitet werden, die z.B. für die Stahlsorte S460M zu einer Tragfähigkeitssteigerung von 20% führen, während für die Stahlsorte S690Q die bestehenden normativen Tragfähigkeiten im Wesentlichen bestätigt werden konnten. Ergänzt werden diese Empfehlungen durch Hinweise für Anforderungen an eine sachgerechte Fertigung, z.B. im Hinblick auf die Auswahl geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißprozessparameter. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens tragen somit wesentlich zu einem optimierten Einsatz von höherfesten Baustählen in geschweißten Konstruktionen des Stahl- und Anlagenbaus bei, in dem neben Einsparungen im Materialverbrauch auch Vorteile durch eine schnellere Fertigung infolge reduzierten Schweißvolumens und geringer Montagegewichte erzielt werden können. Eine Umsetzung der Forschungsergebnisse wird im Rahmen der Überarbeitung der Bemessungsnormen für Stahlbauten stattfinden.

Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart
Leiterin der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann

Projektbearbeiter: Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Günther

Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (Professur Stahlbau), Bauhaus- Universität Weimar
Leiter der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Werner

Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, IFW Jena
Dr.-Ing. Heinemann (†)

Dieses IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Von Februar 2005 bis Juli 2007