ZU DEN KURSEN!

Maschinenelemente 1 - Grenzspannung und Sicherheit einer Schweißverbindung

Kursangebot | Maschinenelemente 1 | Grenzspannung und Sicherheit einer Schweißverbindung

Maschinenelemente 1

Grenzspannung und Sicherheit einer Schweißverbindung

Inhaltsverzeichnis

Die zulässige Spannung für Schweißnähte wird beim allgemeinen Spannungsnachweis nach DIN18800, DS952 und 15018 bestimmt. Für statische Beanspruchungen gilt dabei:

Merke

Statische Beanspruchungen: $\sigma_v \le \sigma_{zul} = \frac{R_{eH}}{\vartheta} $

Dabei stellt $\vartheta $ die zu berücksichtigende Sicherheit dar. Der Wertebereich für die Sicherheit liegt dabei zwischen $\vartheta= 2 - 4 $.

Soll jedoch ein Festigkeitsnachweis für eine dynamische Beanspruchung durchgeführt werden, so hat sich im allgemeinen Maschinenbau durchgesetzt, dass die Beanspruchungen aufgeteilt werden. Man unterscheidet zwischen dem Mittelanteil $\sigma_H $und dem Ausschlaganteil $\sigma_a $.
Vorzugsweise kann man hierfür Dauerfestigkeitsschaubilder heranziehen, die für verschiedene Schweißfälle erstellt wurden.

In der nachfolgenden Abbildung sehen Sie eine schematische Darstellung eines Dauerfestigkeitsschaubildes für eine Schweißnaht und im Vergleich dazu eines zugehörigen Grundwerkstoffs:

SMITH-Diagramm einer Schweißnaht
SMITH-Diagramm einer Schweißnaht

Man sieht direkt, dass die Dauerfestigkeit einer Schweißnaht viel geringer ist, als die des zu verschweißenden Grundwerkstoffs.

Merke

Aus diesem Grund orientiert sich der Maschinenbauer an den Grenzwerten der Schweißnaht, bei verschweißten Bauteilen und nicht an denen des Grundwerkstoffs.

SMITH-Diagramme

Diese SMITH-Diagramme  sind exemplarisch für zwei Fälle dargestellt. 

Im ersten Diagramm sehen Sie das SMITH-Diagramm für den Werkstoff St37 mit den zugehörigen Werten:

SMITH-Diagramm Schweißnaht St37
SMITH-Diagramm Schweißnähte St37

In diesem Diagramm wurde eine Sicherheit von $\vartheta = 1,5 $ eingezeichnet und eine Qualifikation nach Kerbfällen $ K = 1,2,3,4 $ vorgenommen worden. Die ertragbare Ausschlagspannung ist dabei um Verformungsbehinderungen und Eigenspannungen vermindert.  

Methode

Eine Darstellung der Kerbfälle finden Sie am Ende dieses Kurstextes

Im zweiten Diagramm sehen Sie das SMITH-Diagramm für den Werkstoff St52. 

SMITH-Diagramm Schweißnähte St52
SMITH-Diagramm Schweißnähte St52

Die abgebildeten Grenzkurven geben Hinweise auf die Konstruktion von Dauerfestigkeitsschaubildern anderer Werkstoffe. Dabei gilt es jedoch zu beachten, wie die Fließfestigkeit und damit Anwendung der beschriebenen Festigkeitshypothese beschaffen ist. 

Kerbfälle

Wie oben bereits angeschnitten, können die Kerbfälle einen Wert zwischen $ K = 1, 2, 3, 4 $ annehmen, wie diese Aussehen können, zeigt die nächste Abbildung: 

Kerbfälle K0, K1, K2
Kerbfälle K0, K1, K2
Kerbfälle K3, K4
Kerbfälle K3, K4