Schwingfestigkeit von thermo-mechanisch beanspruchten Stumpfschweißverbindungen austenitischer Werkstoffe

Alexander Bosch; Michael Vormwald; Kay Langschwager; Alfred Scholz; Matthias Oechsner

doi:10.3139/120.110899

Published by De Gruyter October 10, 2018

Schwingfestigkeit von thermo-mechanisch beanspruchten Stumpfschweißverbindungen austenitischer Werkstoffe

Fatigue strength of austenitic butt welded joints under thermomechanical loading conditions

Alexander Bosch , Michael Vormwald , Kay Langschwager , Alfred Scholz and Matthias Oechsner

From the journal Materials Testing

https://doi.org/10.3139/120.110899

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Kurzfassung

Stumpfschweißverbindungen austenitischer Werkstoffe sind häufig Teil von Komponenten der Kraftwerkstechnik oder des chemischen Apparatebaus. In diesem Bereich unterliegen die Bauteile zyklischen mechanischen und thermischen Lasten. Vornehmlich bedingt durch hohe Temperaturschwingweiten, resultieren hohe elastisch-plastische Dehnungsschwingweiten. Die Bereiche Grundmaterial und Schweißnaht zeigen ein unterschiedliches plastisches Deformationsverhalten, die daraus resultierende metallurgische Kerbe kann versagensmaßgebend sein. Im Rahmen der begleitenden numerischen Untersuchungen wurde ein Modell entwickelt, um die metallurgische Kerbe abzubilden.

Abstract

Butt welded joints made of austenitic steel are often a part of components for power plants or for chemical equipment constructions. Thereby, the components are subjected to cyclic mechanical and thermal loadings. Especially caused by high ranges in temperature loading, high elastic-plastic strain ranges are the result. Differences in plastic deformation behavior of base and weld material, led to a metallurgical notch, which may govern fatigue failure. During the accompanying numerical investigations, a model for the consideration of the metallurgical notch has been developed.

*Korrespondenzadresse, MSc Alexander Bosch, Fachgebiet Werkstoffmechanik, Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik, Technische Universität Darmstadt, Franziska-Braun-Str. 3, 64287 Darmstadt, Germany, E-mail: bosch@wm.tu-darmstadt.de

M. Sc. Alexander Bosch, Jahrgang 1987, studierte von 2007 bis 2010 Bauingenieurwesen an der FH Frankfurt mit dem Abschluss B. Eng. Seinen Master-Abschluss im Studiengang Bauingenieurwesen erwarb er 2013 an der TU Darmstadt. Seit März 2013 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik der Technischen Universität Darmstadt tätig und beschäftigt sich insbesondere mit der Konzept- und Methodenentwicklung im Bereich der thermo-mechanischen Ermüdung.

Prof. Dr.-Ing. Michael Vormwald, Jahrgang 1957, studierte Bauingenieurwesen an der TU Darmstadt und promovierte dort über ein Thema zur Anrisslebensdauervorhersage von Bauteilen mit kurzen Rissen. Nach Tätigkeiten bei der IABG Ottobrunn, der FH Jena und der Bauhaus-Universität Weimar, leitet er seit 2003 das Fachgebiet Werkstoffmechanik der Technischen Universität Darmstadt.

M. Sc. Kay Langschwager, Jahrgang 1985, studierte Maschinenbau an der TU Darmstadt. Seit August 2012 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Kompetenzfeld Hochtemperaturwerkstoffe am Institut für Werkstoffkunde tätig und beschäftigt sich dort mit der lokalen Ermüdungsbewertung komplex beanspruchter Komponenten.

Dr.-Ing. Alfred Scholz, Jahrgang 1951, studierte Maschinenbau an der TU Darmstadt und promovierte dort über ein Thema zum Kriechermüdungsverhalten von Werkstoffen im Turbinenbau. Seit 2001 leitet er den Kompetenzbereich Hochtemperaturwerkstoffe am Fachgebiet und Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt.

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner, Jahrgang 1967, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe und promovierte dort auf dem Gebiet der Zuverlässigkeitsbewertung von keramischen Wärmedämmschichtsystemen. Bis 2010 war er in der Industrie an der Entwicklung und der Fertigung von stationären Gasturbinen in Deutschland, USA und China tätig. Seit 2010 leitet er das Institut für Werkstoffkunde und die staatliche Materialprüfungsanstalt an der Technischen Universität Darmstadt.

Literatur

1 J.Rudolph, A.Willuweit, K.Bauerbach, T.Schlitzer, M.Vormwald, M.Fischaleck, A.Scholz: Numerische Simulation und experimentelle Charakterisierung des Ermüdungsrisswachstums unter thermozyklischer Beanspruchung, Nukleare Sicherheits- und Entsorgungsforschung – Vorhaben-Nr. 02NUK009D, Verbundprojekt: Thermische Wechselbeanspruchung, Darmstadt, Deutschland (2013)Search in Google Scholar

2 A.Bosch, J.Rudolph, M.Vormwald: Numerical investigations of seam welds under low cycle fatigue – Proposal for liftetime estimation and recommendations for design with commonly used guidelines, Proceedings of the Pressure Vessels & Piping Conference, Boston, USA (2015) 10.1115/PVP2015-45576Search in Google Scholar

3 K.Langschwager, J.Rudolph, A.Scholz, M.Oechsner: Fatigue behaviour of welded joints – Experimental investigation and local analysis of butt welded flat and cruciform specimens at different temperatures, Proceedings of the Pressure Vessels and Piping Conference, Boston, USA (2015) 10.1115/PVP2015-45572Search in Google Scholar

4 K.Langschwager, A.Bosch, E.Lang, J.Rudolph, M.Vormwald, A.Scholz, M.Oechsner: Fatigue behavior of seam welds – Experimental investigation and numerical simulation, Proceedings of the Pressure Vessels & Piping Conference, Anaheim, USA (2014) 10.1115/PVP2014-28787Search in Google Scholar

5 A.Bosch, K.Langschwager, E.Lang, M.Vormwald, A.Scholz, H. Th.Beier, M.Oechsner: Schlussbericht IGF-Projekt: Ermüdungsnachweis für unbearbeitete und nachbearbeitete Schweißverbindungen einschließend thermozyklische, elastisch-plastische Beanspruchungen, September 2014, http://www.werkstoffmechanik.tu-darmstadt.de/media/fachgebiet_werkstoffmechanik/pdf_2/forschung_9/Schlussbericht_IFG17457N.pdfSearch in Google Scholar

6 N. N.: GOM mbH, „ARAMIS manual – software“ (2009)Search in Google Scholar

7 Kerntechnischer Ausschuss, Dokumentationsunterlage zur Regeländerung KTA 3201:2 Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren, Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung, http://www.kta-gs.de/d/regeln/3200/3201_2_doku_2013_11.pdfSearch in Google Scholar

8 X.Schuler, K.-H.Herter, J.Rudolph: Derivation of design fatigue curves for austenitic stainless steel grades 1.4541 and 1.4550 within the German nuclear safety standard KTA 3201.2, Proceedings of the Pressure Vessels & Piping Conference, France (2013) 10.1115/PVP2013-97138Search in Google Scholar

9 E.Lang, J.Rudolph, H. Th.Beier, M.Vormwald: Development of a model for low-cycle fatigue assessment of 347 SS butt-welded joints, Proceedings of the Pressure Vessels & Piping Conference, France (2013) 10.1115/PVP2013-97705Search in Google Scholar

10 Kerntechnischer Ausschuss, KTA 3201:2 2013-11: Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren, Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung, http://www.kta-gs.de/d/regeln/3200/3201_2_2013_11.pdfSearch in Google Scholar

11 DIN EN 13445-3: Unbefeuerte Druckbehälter – Teil 3: Konstruktion, Deutsche Fassung EN 13445-3:2014, CD-ROM, Beuth, Berlin, Deutschland (2014)Search in Google Scholar

Online erschienen: 2018-10-10

Erschienen im Druck: 2016-07-15

Schwingfestigkeit von thermo-mechanisch beanspruchten Stumpfschweißverbindungen austenitischer Werkstoffe

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