Schwingfestigkeit und Eigenspannungen dünnwandiger Laserstrahlschweißverbindungen aus Magnesium unter mehrachsiger Beanspruchung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Einsatz von Magnesium-Legierungen im Automobilbau kann zu einer Gewichtsreduzierung im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen, wie Stahl und Aluminium führen. Dies ist durch die geringe Dichte von Magnesium bedingt. Das Herstellen von Bauteilen aus Magnesium-Legierungen ist allerdings mit hohen Kosten verbunden. Es fehlen weiterhin die Informationen über das mechanische Werkstoffverhalten, insbesondere über die Schwingfestigkeit im geschweißten Zustand. Im Rahmen des Projekts wurden experimentelle Daten erzeugt, die diese Wissenslücke schließen. Es wurde das Verhalten von laserstrahlgeschweißten dünnen Blechen (t = 1,5 mm) aus Magnesium-Legierungen AZ31 und AZ61 unter mehrachsigen proportionalen und nichtproportionalen Ermüdungsbeanspruchungen mit konstanten sowie mit variablen Amplituden untersucht. Das Fügeverfahren (Laserstrahlschweißen) sowie die Blechdicke wurden so ausgewählt, dass die Projektergebnisse dem Einsatz der geschweißten Magnesium-Legierungen in der Fahrzeug-Branche möglichst genau entsprechen. Zusätzlich wurde der Eigenspannungszustand der Schweißverbindung charakterisiert. Das Wissen über die Schweißeigenspannungen hilft, den Versagensort korrekt zu identifizieren. Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens war, anhand der erzeugten experimentellen Daten eine rechnerische Methode zu entwickeln, welche die Lebensdauerberechnung der laserstrahlgeschweißten Magnesium-Verbindungen unter mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchungen mit variablen Amplituden in Verbindung mit dem Kerbspannungskonzept ermöglicht. Dazu wurden die in der Literatur vorhandenen Verfahren in Bezug auf ihre Anwendbarkeit untersucht und auch erweitert. Außerdem wurde ein neuer Ansatz vorgeschlagen, der für die Bewertung allgemeiner dreidimensionaler zyklischer Beanspruchungen mit variablen Amplituden geeignet ist. Das Forschungsvorhaben wurde gemeinsam durch das Institut für Füge- und Schweißtechnik (IFS) an der TU Braunschweig, sowie durch das Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik (SAM) der TU Darmstadt durchgeführt. Dabei übernahm das IFS das Probenschweißen, sowie die Eigenspannungs-Messungen und Berechnungen. Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen sowie die Methodenentwicklung wurden am Fachgebiet SAM durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017) Residual Stress Condition of Tubular Laser Welds of an AZ31 Magnesium Alloy. Materials Research Proceedings 2277–282
Nitschke-Pagel,Th.; Dilger,K.
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Multiaxial random fatigue of magnesium laserbeam-welded joints. Experimental results and numerical fatigue life evaluation. In: Procedia Engineering 101 (2015) S. 61-68
Bolchoun, A.; Sonsino, C. M.; Kaufmann, H.; Melz, T.
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Numerical measures of the degree of nonproportionality of multiaxial fatigue loadings. In: Frattura ed Integrità Strutturale 33 (2015) S. 238-252
Bolchoun, A.; Sonsino, C. M.; Kaufmann, H.
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Fatigue Life Assessment of Thin- Walled Welded Joints under Non-Proportional Load-Time Histories by the Shear Stress Rate Integral Approach. In: Frattura ed Integrità Strutturale 38 (2016) S. 162-169
Bolchoun, A.; Sonsino, C. M.; Kaufmann, H.; Melz, T.
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New Method for Fatigue Life Evaluation under Out-of-Phase Variable Amplitude Loadings and its Application to Thin-Walled Magnesium Welds. In: International Journal of Fatigue (2017)
Bolchoun, A.; Baumgartner J.; Kaufmann, H.
