Ermüdungsverhalten HFH‐nachbehandelter Kerbdetails des Mobilkranbaus
Authors: Berg Jörn , Stranghöner Natalie 
Published: August 2014

Im Mobilkranbau werden ultrahochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen von bis zu 1100 bzw. 1300 N/mm2 eingesetzt. Kritisch ist das Ermüdungsverhalten der geschweißten Kerbdetails, die hauptsächlich im oberen Zeitfestigkeitsbereich beansprucht werden. Eine Möglichkeit, die Lebensdauer zu erhöhen, stellt der Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsmethoden wie beispielsweise das höherfrequente Hämmern (HFH) dar. Bestehende Bemessungsvorschläge zur Erfassung von HFH berücksichtigen lediglich Stahlsorten bis maximal S960 und Blechdicken größer gleich 5 mm. Der Einfluss einer HFH‐Behandlung auf das Ermüdungsverhalten geschweißter, ultrahochfester Stähle mit Streckgrenzen von 960 N/mm2 und höher im oberen Zeit‐ bzw. im Kurzzeitfestigkeitsbereich ist bisher nicht hinreichend abgedeckt. An vier kranbautypischen Kerbdetails aus S960, S1100 und S1300 wurden Ermüdungsversuche zur Erfassung des Einflusses von HFH durchgeführt. Im Vergleich zum unbehandelten Nahtzustand konnten infolge einer HFH‐Behandlung signifikant höhere Ermüdungsfestigkeiten sowie Lebensdauersteigerungen ab einer Lastwechselzahl von etwa 10 000 festgestellt werden. In Übereinstimmung mit existierenden Untersuchungen flacht die Wöhlerlinie infolge einer HFH‐Behandlung auf etwa m ~ 5 ab, wenn die Ermüdungsrisse von den behandelten Nahtübergangskerben ausgehen. Die Einordnung der Versuchsergebnisse für den HFH‐behandelten Nahtzustand in vorhandene Bemessungsansätze zeigt, dass die Kerbfallklassen aller Bemessungsansätze konservativ sind.

Fatigue behaviour of HFH‐treated notch details of mobile crane structures. In mobile crane structures, ultra high strength fine grained structural steels (UHS) with yield strengths up to 1100 N/mm2 and 1300 N/mm2 respectively are used. The fatigue life of welded notch details which can be classified into the upper finite fatigue life region is critical. One possibility to improve the fatigue behaviour is the application of post weld treatment methods like high frequency hammer peening (HFH). Existing design recommendations for the consideration of HFH are limited to maximum steel grades of S960 and plate thicknesses of 5 mm and higher. The influence of HFH‐treatment on the fatigue behaviour of welded ultra high strength steels with yield strengths of 960 N/mm2 and higher – loaded in the upper finite and low cycle fatigue (LCF) life region respectively – has not been investigated sufficiently so far. For this reason, fatigue tests have been performed at four typical welded notch details of mobile crane structures made of S960, S1100 and S1300 to determine the influence of HFH on the fatigue strength. The results of the HFH‐treated specimens showed a significant improvement of the fatigue strength in comparison with the as welded toe condition. Furthermore, a fatigue life improvement due to HFH treatment can be observed at loading cycles of 10000 and higher. In accordance with existing investigations, the slope of the S‐N‐line increases to approximately m ~ 5 due to HFH treatment if the fatigue cracks start from the treated weld toes. The classification of the test results for the HFH‐treated toe condition shows, that FAT classes of existing design proposals are conservative.