Laserstrahlgeschweißte T-Stoß-Verbindungen in Stahlhohlplatten

Die Entwicklungen innerhalb der Laserschweißtechnik ermöglichen seit Ende der 1990er Jahre die wirtschaftliche Herstellung von Stahlhohlplatten. Sie können beispielsweise im Stahlbrückenbau und im Schiffbau als Fahrbahnen oder Decks genutzt werden. Deckbleche von 10 mm und mehr können von außen bei einer Nahtanbindung von 2 bis 3 mm an die innen liegenden Stege angebunden werden. Bislang beschränkte sich die Dicke der Deckbleche, die bei diesem Verfahren in ausreichender Qualität durchdrungen werden können, auf etwa 4 mm, so dass Hohlplatten nur in Sekundärtragwerken im Schiffbau oder ähnlichen ausschließlich statisch belasteten Tragwerken eingesetzt wurden. Um einen Einsatz in höher beanspruchten, ermüdungsgefährdeten Tragwerken möglich zu machen, wurden im Rahmen des FOSTA-Projektes P869 “Laserstrahlgeschweißte T-Stoßverbindungen“ (IGF 16935 BG) Schweißparameter erarbeitet, mit denen Deckbleche mit Dicken von bis zu 10 mm prozesssicher angeschlossen werden können. An definierten Schweißproben wurden unter anderem Ermüdungsversuche an Laserstichnähten unter Axial-, Schub- und multiaxialer Belastung (einphasige Schub- und Axialspannung) durchgeführt und mit dem Nennspannungs- und dem lokalen Kerbspannungskonzept bewertet. Neben der Untersuchung eventueller Schwingfestigkeitseinflüsse durch Spalte zwischen Deck- und Stegblech oder höherfeste Werkstoffe wurde die Anwendbarkeit von Interaktionskurven, wie sie im Eurocode 3 und vom Internationalen Schweißverband (IIW) zur Bewertung von multiaxialen Belastungen gegeben sind, für die Stichnähte überprüft. Auf diese Weise soll eine Grundlage zur sicheren Auslegung der Lasernähte gelegt werden. Gleichzeitig wurde eine Technologie zur traktorgestützten Fertigung dieser Platten unter Anwendung des Laserstrahl- bzw. Laserstrahl-MSG-Hybridverfahrens entwickelt.

Laser-stake welded T-joints of all-steel sandwich panels - Fatigue strength of laser-stake welded T-joints.
Laser-stake welding enables an economic production of all-steel sandwich panels that can be used for steel bridges as well as for decks in ro/ro ships. Deck plates of 10 mm thickness can be joined to interior web plates ensuring a weld throat thickness of 2 to 3 mm. Up to now the thickness of cover plates which could be stake welded in acceptable quality was limited to 4 mm. For this reason these sandwich panels could be used only for secondary structures in shipbuilding or similar only static strained structures. In the frame of FOSTA project P869 “Laser beam welded T-joints“ (IGF 16935 BG) reliable welding parameter and technologies were developed to join cover plates up to 10 mm thickness to enable the use of sandwich panels in higher strained, fatigue loaded structures. Fatigue tests were performed with laser-stake welds subjected to axial, shear and multiaxial in-phase loading and assessed by the nominal and the notch stress approach. In addition to possible effects of gaps between deck and web plates or of the steel strength, the application of interaction formulae to laser-stake welds is checked as contained in Eurocode 3 and the IIW recommendations for the fatigue assessment of multiaxial loading. In this way, the basis is provided for a safe design of laser-stake welded T-joints. A technology for tractor-based assembly of these panels using laser beam and laser beam GMA welding was developed simultaneously.