Grenzspannung und Sicherheit einer Schweißverbindung

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

Dabei stellt $\vartheta $ die zu berücksichtigende Sicherheit dar. Der Wertebereich für die Sicherheit liegt dabei zwischen $ 2 \le \vartheta \le 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_m $ und dem Ausschlaganteil $\sigma_a $.
Vorzugsweise kann man hierfür Dauerfestigkeitsschaubilder heranziehen, die für verschiedene Schweißfälle erstellt wurden.

In der nachfolgenden Abbildung siehst du eine schematische Darstellung eines Dauerfestigkeitsschaubildes für eine Schweißnaht und im Vergleich dazu eines zugehörigen Grundwerkstoffs.

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

SMITH-Diagramme

Diese SMITH-Diagramme  sind exemplarisch für zwei Fälle dargestellt. 

Im ersten Diagramm siehst du das SMITH-Diagramm für den Baustahl S235JR (alt: St37) mit den zugehörigen Werten.

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.  

Im zweiten Diagramm siehst du das SMITH-Diagramm für unlegierten Baustahl S355 (alt: St52). Dieser Stahl besitzt eine besonders gute Schweißbarkeit.  

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, zeigen die folgenden Abbildungen.