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![]( "Buchcover ISBN 9783941687219")
DASt-Forschungsbericht 2/2015
Ermüdungsfestigkeit markierter Stahlbauteile
von Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner und Dominik Jungbluth, M.ScKurzfassung
Stahlbauteile müssen während aller Fertigungsabschnitte identifizierbar und rückverfolgbar sein. Die Wahl der Kennzeichnungsmethode ist in einschlägigen Normen nicht zwingend vorgeschrieben. In der für die Fertigung von Stahltragwerken anzuwendenden DIN EN 1090-2 [1] ist geregelt, dass die Aufbringung von dauerhaften Kennzeichnungen nicht zu Beschädigungen des Bauteils führen darf. Weiterhin sind harte Kennzeichnungsmethoden wie Hartprägungen, gebohrte oder gestanzte Markierungen nur zulässig für Stahlsorten des Festigkeitsbereiches bis einschließlich S355 und nur in festgelegten Bereichen, wo die Markierung keinen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten hat.
Eine Forderung nach dauerhaften Kennzeichnungsmethoden impliziert die Wider-standsfähigkeit der Markierungen gegenüber nachgeschalteter Fertigungsprozesse wie Strahlen, Beschichten oder Feuerverzinken sowie gegenüber Witterungs-einflüssen. Für eine dauerhafte Kennzeichnung eignen sich insbesondere Methoden wie Hartes Stempeln, Fräsen, Plasmamarkieren oder Nadeln.
Hersteller von Maschinen haben in den letzten Jahren ihre Produktion derart weiterentwickelt, dass die genannten Markiermethoden in Fertigungsstraßen eingebunden werden können. Manuelle Bearbeitungs- oder Markierprozesse wie das Anreißen von Bauteilen oder das Aufbringen von Kennzeichnungen können somit durch vollautomatische Prozesse ersetzt werden. Nichtsdestotrotz bewirken dauer-hafte Kennzeichnungsmethoden eine Oberflächenveränderung und hinterlassen eine Kerbe, welche einen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten haben kann. Dieser Einfluss wurde bisher nicht im Detail untersucht, weshalb eine Einordnung der Markierkerben in den Europäischen Kerbfallkatalog nach DIN EN 1993-1-9 [2] prinzipiell nicht möglich ist.
Aus diesen Gründen hat das Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen das Forschungsvorhaben „Ermüdungsfestigkeit markierter Stahlbauteile“ als IGF-Vorhaben 17218 N des Deutschen Ausschuss für Stahlbau e. V. (DASt), gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsver-einigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirt-schaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, den Einfluss der vier Kennzeich-nungsmethoden hartes Stempeln, Fräsen, Plasmamarkieren und Nadeln auf die Ermüdungsfestigkeit markierter Stahloberflächen zu quantifizieren und zu bewerten.
Als Werkstoffe wurden zum einen die im Brückenbau übliche Stahlsorte S355J2 und zum anderen die Stahlsorte S460N zur Abdeckung eines höheren Festigkeits-bereiches eingesetzt. Zur Überprüfung eines möglichen Blechdickeneffektes wurden drei verschiedene Blechdicken 15, 25 und 40 mm untersucht.
Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass das Ermüdungsverhalten durch aufgebrachte Kennzeichnungen negativ beeinflusst wird. Die Abnahme der Ermüdungsfestigkeit lässt sich im Wesentlichen auf den geometrischen Kerbeffekt infolge der Kennzeichnungen zurückführen. Demzufolge nimmt der Einfluss der Kennzeichnung auf das Ermüdungsverhalten mit zunehmender Kerbtiefe und -schärfe zu. Dennoch lassen sich infolge der Kennzeichnungen vergleichbar hohe Ermüdungsfestigkeiten erzielen, welche eine günstige Kerbfalleinordnung im oberen Bereich des Europäischen Kerbfallkatalogs zur Folge haben.
Stahlbauteile müssen während aller Fertigungsabschnitte identifizierbar und rückverfolgbar sein. Die Wahl der Kennzeichnungsmethode ist in einschlägigen Normen nicht zwingend vorgeschrieben. In der für die Fertigung von Stahltragwerken anzuwendenden DIN EN 1090-2 [1] ist geregelt, dass die Aufbringung von dauerhaften Kennzeichnungen nicht zu Beschädigungen des Bauteils führen darf. Weiterhin sind harte Kennzeichnungsmethoden wie Hartprägungen, gebohrte oder gestanzte Markierungen nur zulässig für Stahlsorten des Festigkeitsbereiches bis einschließlich S355 und nur in festgelegten Bereichen, wo die Markierung keinen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten hat.
Eine Forderung nach dauerhaften Kennzeichnungsmethoden impliziert die Wider-standsfähigkeit der Markierungen gegenüber nachgeschalteter Fertigungsprozesse wie Strahlen, Beschichten oder Feuerverzinken sowie gegenüber Witterungs-einflüssen. Für eine dauerhafte Kennzeichnung eignen sich insbesondere Methoden wie Hartes Stempeln, Fräsen, Plasmamarkieren oder Nadeln.
Hersteller von Maschinen haben in den letzten Jahren ihre Produktion derart weiterentwickelt, dass die genannten Markiermethoden in Fertigungsstraßen eingebunden werden können. Manuelle Bearbeitungs- oder Markierprozesse wie das Anreißen von Bauteilen oder das Aufbringen von Kennzeichnungen können somit durch vollautomatische Prozesse ersetzt werden. Nichtsdestotrotz bewirken dauer-hafte Kennzeichnungsmethoden eine Oberflächenveränderung und hinterlassen eine Kerbe, welche einen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten haben kann. Dieser Einfluss wurde bisher nicht im Detail untersucht, weshalb eine Einordnung der Markierkerben in den Europäischen Kerbfallkatalog nach DIN EN 1993-1-9 [2] prinzipiell nicht möglich ist.
Aus diesen Gründen hat das Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen das Forschungsvorhaben „Ermüdungsfestigkeit markierter Stahlbauteile“ als IGF-Vorhaben 17218 N des Deutschen Ausschuss für Stahlbau e. V. (DASt), gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsver-einigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirt-schaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, den Einfluss der vier Kennzeich-nungsmethoden hartes Stempeln, Fräsen, Plasmamarkieren und Nadeln auf die Ermüdungsfestigkeit markierter Stahloberflächen zu quantifizieren und zu bewerten.
Als Werkstoffe wurden zum einen die im Brückenbau übliche Stahlsorte S355J2 und zum anderen die Stahlsorte S460N zur Abdeckung eines höheren Festigkeits-bereiches eingesetzt. Zur Überprüfung eines möglichen Blechdickeneffektes wurden drei verschiedene Blechdicken 15, 25 und 40 mm untersucht.
Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass das Ermüdungsverhalten durch aufgebrachte Kennzeichnungen negativ beeinflusst wird. Die Abnahme der Ermüdungsfestigkeit lässt sich im Wesentlichen auf den geometrischen Kerbeffekt infolge der Kennzeichnungen zurückführen. Demzufolge nimmt der Einfluss der Kennzeichnung auf das Ermüdungsverhalten mit zunehmender Kerbtiefe und -schärfe zu. Dennoch lassen sich infolge der Kennzeichnungen vergleichbar hohe Ermüdungsfestigkeiten erzielen, welche eine günstige Kerbfalleinordnung im oberen Bereich des Europäischen Kerbfallkatalogs zur Folge haben.