Wirksamkeit des Verfahrens

Wirkungsweise des hochfrequenten Hämmerverfahrens

Hämmern ist deshalb so effektiv, weil es sowohl geometrische (Ausrundung), werkstoffliche (Verfestigung) und beanspruchungstechnische (Druckeigenspannungen) Aspekte kombiniert.

Die kugelförmige Spitze des HiFIT-Pins bewirkt mit dem definierten Impuls eine Umformung und Ausrundung des Schweißnahtübergangs. Die plastische Verformung der Oberfläche verursacht eine Druckeigenspannung der Randschicht, die in einer Tiefe von bis zu 2 mm nachgewiesen werden kann. Überlagerungen der einwirkenden Belastung mit der Druckeigenspannung verlagern diese in unkritischere Bereiche. Mikrorisse werden gestoppt, bzw. ihre Entstehung verhindert.

Als Ergebnis wird eine gleichmäßige durchgehende Hämmerspur am Schweißnahtübergang sichtbar.

Nachweisverfahren

Derzeit stehen drei verschiedene Nachweisverfahren zur Verfügung

  • Nennspannungskonzept
  • Strukturspannungskonzept
  • Kerbspannungskonzept

Ausführliche Beschreibungen in

  • FKM-Richtlinie des Forschungskuratoriums Maschinenbau e.V.
  • IIW-Empfehlungen des International Institute of Welding
  • Eurocode

 

 

Forschungsprojekte des IIW

Das Internationale Institut für Schweißtechnik IIW veröffentlichte 2013 zwei Berichte zur Qualitätssicherung und der Bemessung von HFMI-behandelten Schweißverbindungen. Die empfohlenen Verfahren führen zu noch höheren zulässigen Spannungen als schon im REFRESH-Projekt ermittelt wurden. Fatigue strength improvement of steel structures by high-frequency mechanical impact: proposed fatigue assessment guidelines Gary B. Marquis & Eeva Mikkola & Halid Can Yildirim & Zuheir Barsoum erhältlich unter:

http://link.springer.com/article/10.1007/s40194-013-0075-x

Fatigue strength improvement of steel structures by high-frequency mechanical impact: proposed procedures and quality assurance guidelines Gary Marquis & Zuheir Barsoum

http://link.springer.com/article/10.1007/s40194-013-0077-8


Prof. Gary Marquis und KollegInnen (Universität Aalto, Helsinki, Finnland) haben in diesem Zusammenhang zahlreiche Untersuchungen und Veröffentlichungen angefertigt, die stets die Verlässlichkeit, Effektivität und Anwenderfreundlichkeit der Schweißnahtnahbehandlungen durch Höherfrequentes Hämmern nachwiesen. In dieser Zeit wurden der Kommission XIII des Internationalen Institut für Schweißtechnik 46 Dokumente präsentiert, die die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit geschweißter Konstruktionen durch die HFMI-Technologie belegen.

Abb. 5: Empfehlung zur Steigerung der Kerbfallklasse in Abhängigkeit der Stahlfestigkeit
Abb. 6: Neuer Bemessungsvorschlag HFMI-behandelter Schweißverbindungen

Bemessungsbeispiele

 

 

(gemäß IIW-Richtlinie HFMI

Es wird in den folgenden Beispielen angenommen, dass keine Dicken-, Größen- oder Mittelspannungseffekte vorliegen (z.Bsp. R≤0.15).

Beispiel 1

Eine Schweißverbindung aus einem Werkstoff fy < 355 MPa wird in die FAT-Klasse 63 eingeordnet. Der maximale Belastungsbereich ist 63 MPa bei 2 * 106 Lastwechseln (s. Abb. 8).

Durch das HiFIT-Hämmern erhöht sich die FAT-Klasse um 4 Stufen (s. Abb. 7, blauer Pfeil) auf FAT 100, der zulässiger Belastungsbereich ist jetzt 100 MPa.

Die Steigerung beträgt ca. 60%!

Bei gleichem Belastungsbereich (63 MPa) erhöht sich die Lebensdauer von 2 Mio auf 40 Mio Lastwechseln! Das ist ein Faktor von 20! (s. Abb. 8)

 

Beispiel 2

Die gleiche Schweißverbindung wird nun in einem Werkstoff fy ≥ 950 MPa ausgeführt. Wird die Konstruktion nicht gehämmert, ändert sich nichts am Belastungsbereich und der Anzahl der maximalen Lastwechseln (Belastungsbereich 63 MPa bei 2 * 106 Lastwechseln) (s. Abb. 9). Allein durch die Verwendung einer hochfesten Stahlsorte, wird keine Verbesserung erzielt.

Durch die HiFIT-Behandlung erhöht sich jetzt die FAT-Klasse um 8 Stufen (s. Abb. 7, roter Pfeil) von 63 auf 160MPa. Der Belastungsbereich beträgt nun 160 MPa @ 2 Millionen Lastzyklen.

Das bedeutet eine Verbesserung von ca. 150%!

Bei gleichem Belastungsbereich (63 MPa) erhöht sich die Lebensdauer von 2 Mio auf über 100 Millionen Lastzyklen! Wahrscheinlich wird das Bauteil nie brechen! (s. Abb. 9).

 

 

Abb. 7: Steigerung der FAT-Klassen durch die HiFIT Behandlung
Abb. 8:Wöhlerdiagramm für fy < 355 MPa; R ≤ 0,15
Abb. 9:Wöhlerdiagramm für fy ≥ 950 MPa; R ≤ 0,15