During the joining of two metal sheets by welding, a process-specific geometry of the weld is created. The local geometry of the created weld has a decisive influence on its fatigue strength. This is due to stress concentration at the geometric notches. In this paper, a process known from mechanical engineering called deep rolling is applied on butt welds. The influence on the local weld geometry and the local stress concentration after deep rolling is investigated. Additionally, a novel automated measurement system using optical laser line scanning is presented. The system is qualified for the evaluation of the local weld geometry regarding its flank angles and toe radii. The presented investigations show that the deep rolling process influences the stress concentrations determined by 2D-FE-simulations using real scan data. A correlation between the difference in toe radii or local notch stresses before and after deep rolling and the initial flank angle was found. This indicates that there are process and geometry specific conditions for the successful application of the deep rolling process.
Die Entwicklung in der Offshore‐Windenergie hin zu größeren, leistungsstärkeren Anlagentypen sowie die zeitgleich zunehmenden Wassertiefen der projektierten Windparks stellt u. a. Designer und Fertiger der Gründungsstrukturen der Windenergieanlagen vor wachsende Herausforderungen. Neben dem Gründungskonzept mittels XL‐Monopiles rückt auch die Jacketgründung wegen der Kombination aus dem vergleichsweise geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Steifigkeit in den Fokus. Der Fertigungsaufwand der Jackets ist verglichen mit Monopiles groß, kann jedoch durch die Kombination aus Standardrohren mit automatisiert gefertigten Jacketknoten reduziert werden. Vor diesem Hintergrund befasst sich dieser Beitrag mit der Prozesskette der automatisierten Fertigung von Hohlprofilknoten inklusive der Digitalisierung relevanter Fertigungsparameter sowie der optischen Erfassung der Schweißnahtgeometrie durch einen Linienlaser. Des Weiteren wird eine Methodik zur Analyse der gescannten Schweißnahtgeometrie anhand von drei Referenzstellen eines X‐Knotens vorgestellt, mit der sowohl die Kerbradien als auch die Nahtanstiegswinkel bestimmt werden können. Abschließend werden die Geometrieparameter beim Ermüdungsnachweis nach dem Kerbspannungskonzept berücksichtigt und ihr Einfluss durch einen Vergleich mit dem Strukturspannungskonzept auf Basis äquivalenter Spannungskonzentrationsfaktoren quantifiziert.
Welded joints show a comparably low fatigue strength compared to the base material. Thus, different post-weld treatment methods are used to enhance the fatigue strength of welded joints. A promising method to enhance the fatigue strength of metallic components is the deep rolling process, but this has rarely been applied to welds. For the qualification of the deep rolling process as an effective post-weld treatment method, knowledge about its influence on the surface and subsurface properties at the fatigue critical weld toe is necessary. Here, geometrical and metallurgical inhomogeneities lead to complex contact states between deep rolling tools and weld toes. Thus, for a first analysis of the local deformation behavior during deep rolling of welded joints, experimentally and numerically generated deep rolling single tracks are compared. Cyclic strain-controlled tests to determine the material behavior were carried out for the numerical analyses using finite element simulation. The presented study shows that it is possible to describe the local deformation of welded joints during deep rolling using finite element simulation. A correct depiction of material behavior is crucial for such an analysis. It was shown that certain irregularities in material behavior lead to lower coincidences between simulation and experiment, especially for the investigated welds, where only low differences in hardness between base material, heat-affected zone, and filler material were found.
Für die Umsetzung der klimapolitischen Ziele ist eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Bauweise von Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) dringend erforderlich. Die Erhöhung der anzusetzenden Ermüdungsfestigkeit durch den Einsatz hochfester Stähle und durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsmethoden bietet großes Potenzial zur Senkung des Materialeinsatzes und der Kosten bei Monopiles. Speziell in der automatisierten Fertigungskette der OWEA bieten sich automatisierte Prozesse wie das Festwalzen an. Festwalzen ist ein im Maschinenbau etabliertes mechanisches Bearbeitungsverfahren zur Erhöhung der Verschleiß‐ und Ermüdungsfestigkeit von metallischen Komponenten. Der vorliegende Aufsatz stellt Ergebnisse des Festwalzens als neuartige Nachbehandlungsmethode zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten dar. Es werden die Oberflächen‐ und Randzoneneigenschaften UP‐geschweißter Stumpfnahtstöße aus einem Baustahl der Güte S355MLO vor und nach dem Festwalzen gezeigt. Um den Einfluss des Festwalzens auf die Nahtgeometrie zu quantifizieren, werden zusätzlich Ergebnisse von Messungen mit einem Laserliniensensor dargestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Ermüdungsversuche diskutiert, die das große Potenzial des Festwalzprozesses als Schweißnahtnachbehandlungsmethode aufzeigen.
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