Residual stress field determination in welds by means of X-ray, synchrotron and neutron diffraction Ermittlung des Schweißeigenspannungsfeldes mittels Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenbeugungsverfahren
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 42 (11):
996--1001 (2011)Zusammenfassung
To what extent the welding residual stresses influence fatigue is still unclear and matter of debate. An important reason for this lack of clarity is that the exact determination of residual stress fields in welds is complicated which leads to conservative assumptions about these stresses in the fatigue design codes. The advances in the diffraction analysis of materials offer the opportunity for the full-field residual strain mapping in welds albeit at the cost of time and technical complexity. In this work residual stress field determination in welded S1100QL specimens by means of the x-ray, synchrotron and neutron diffraction techniques was undertaken. The results revealed that the maximum values of surface residual stresses are not as frequently assumed, as high as the yield strength in small scale specimens. At the weld toe which could serve as a fatigue crack initiation site, even lower residual stresses than the weld centreline could be present. The in-depth measurements revealed that the effective part of the residual stress field which could be decisive for the fatigue failure initiation is concentrated at the surface of the weld.
Derzeit ist immer noch umstritten, inwieweit die Schweißeigenspannungen das Ermüdungsverhalten von Verbindungen beeinflussen. Ein wichtiger Grund für diesen Kenntnismangel, der bis jetzt immer zu konservativen Annahmen in Bemessungsrichtlinien geführt hat, ist, dass die exakte Bestimmung des Eigenspannungsfelds selbst an bruchkritischen Stellen an Bauteilen sehr aufwändig oder sogar unmöglich ist. Solche Untersuchungen sind jedoch an verhältnismäßig kleinen Proben aufgrund der Fortschritte im Bereich Spannungsanalyse mittels Beugungsverfahren möglich; wenn auch auf Kosten der Zeit und der technischen Komplexität. In dieser Arbeit wurden die Eigenspannungen in geschweißten S1100QL Proben mit Hilfe der Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenbeugungsverfahren bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Maximalwerte der Oberflächeneigenspannungen, die in der Schweißnahtmitte auftreten, nicht wie häufig angenommen, so hoch wie die Streckgrenze des Grundwerkstoffs sind. An dem Schweißnahtübergang, der als Ort der Ermüdungsrissbildung dienen könnte, sind geringere Eigenspannungen als in der Schweißnahtmitte vorhanden. Die Untersuchungsergebnisse ergaben, dass der wirksame Bestandteil des Eigenspannungsfelds, das für die Ermüdungsrissinitiierung entscheidend sein könnte sich an der Oberfläche der Schweißnaht konzentriert.