DVS 1608-2011 Design and strength assessment of welded structures from aluminium alloys in railway applications.pdf

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1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Schweien im Schienenfahrzeugbau“NachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 1

2、1) 15 91- 150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm

3、vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Diese Richtlinie ist die berarbeitete Fassung des Merkblattes 1608 von Mai 1983. Die berarbeitung erfolgte mit dem Ziel, die in DIN EN 15085 enthaltenen Anforderungen

4、zur Festlegung von Schweinahtgteklassen unter Bercksichtigung von Festigkeits- und Sicherheitsanforderungen bei Schweiverbindungen im Schienenfahrzeugbau umzusetzen. Zustzlich zum Nennspannungskonzept wurde das Kerbspannungskonzept als Bewertungsmethodik aufgenommen. Auch das Vorgehen beim statische

5、n Nachweis wurde bercksichtigt. Die Geltung dieser Richtlinie ist zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer zu vereinbaren.Die Richtlinie wurde durch Vertreter der Schienenfahrzeugindustrie, der DB AG, des Eisenbahn-Bundesamtes sowie durch Mitarbeiter von IMA Materialforschung und Anwendungstechnik Gm

6、bH Dresden erstellt. Inhalt:1 Allgemeines2 Geltungsbereich3 Schweitechnische Fertigung und Qualittssicherung3.1 Schweiplanung und konstruktive Hinweise3.2 Anforderungen an die Fertigungseinrichtungen3.3 Bearbeitungswerkzeuge und Vorrichtungen3.4 Reinigen und Entfetten3.5 Nahtvorbereitung3.6 Heftschw

7、eien3.7 Vorwrmen3.8 Schweiverfahren, Schweizustze und Schutzgase3.9 Wrmebehandlung nach dem Schweien3.10 Richten geschweiter Bauteile3.11 Angaben zu Schweiverbotszonen3.12 Instandsetzungsarbeiten3.13 Prfen nach dem Schweien4 Gestaltung der Schweiverbindungen5 Grundlagen der Festigkeitsauslegung5.1 F

8、estigkeitsanforderungen5.2 Festigkeitswerte5.3 Empfehlungen zur Bewertung von Finite-Elemente-Resultaten5.4 Nennspannungskonzept5.5 Kerbspannungskonzept6 Nachweis der statischen Festigkeit6.1 Durchgeschweite Stumpfnhte6.2 Nicht durchgeschweite Stumpfnhte6.3 Durchgeschweite T-Stoverbindungen6.4 Nicht

9、 durchgeschweite T-Stoverbindungen6.5 Kehlnhte6.6 Werkstoffkennwerte7 Nachweis der Ermdungsfestigkeit7.1 Grundlagen7.1.1 Mittelspannungsempfindlichkeit geschweiter Bauteile7.1.2 Manahmen zur Steigerung der Ermdungsfestigkeit geschweiter Bauteile7.1.3 Dickeneinfluss geschweiter Bauteile7.1.4 Bewertun

10、g mehrachsiger Beanspruchungen im Grund-werkstoff7.1.5 Bewertung mehrachsiger Beanspruchungen geschweiter Bauteile7.1.6 Bercksichtigung lokaler Spannungskonzentrationen im Grundwerkstoff7.2 Dauerfestigkeitsnachweis nach dem Nennspannungs-konzept7.2.1 Dauerfestigkeitswerte fr Grundwerkstoff nach dem

11、Nennspannungskonzept7.2.2 Dauerfestigkeitswerte fr Schweinhte nach dem Nennspannungskonzept7.2.3 Erluterungen zum Kerbfall-Katalog in Anhang B7.3 Dauerfestigkeitsnachweis nach dem Kerbspannungs-konzept7.4 Betriebsfestigkeitsnachweis7.4.1 Definition der Whlerlinie7.4.2 Vorgehen beim Betriebsfestigkei

12、tsnachweis8 Zuordnung von Ermdungsfestigkeit, Schweinaht-gteklasse und Sicherheitsbedrfnis8.1 Ermdungsfestigkeitsauslegung auf Basis von Nenn-spannungen8.2 Ermdungsfestigkeitsauslegung nach Kerbspannungs-konzept bzw. nach anderen Richtlinien oder Regelwerken9 Verwendete Abkrzungen und Formelzeichen1

13、0 SchrifttumAnhang A: Werkstoffbezeichnungen, WerkstoffzustndeAnhang B: Dauerschwingfestigkeitswerte (Ermdungsfestigkeitswerte fr 10 Millionen Lastwechsel) fr geschweite Verbindungen aus Al-Legierungen (ohne Bercksichtigung der Nahtoberflchen-bearbeitung mit Bercksichtigung einer Mittelspannungs-emp

14、findlichkeit von M = 0,15)1 AllgemeinesDiese Richtlinie enthlt Hinweise zur Gestaltung und Vorgaben zur Auslegung von Schweikonstruktionen aus Aluminiumlegie-rungen sowie eine Zusammenstellung von fr den Schienenfahr-zeugbau wesentlichen Schweikonstruktionsdetails (Kerbflle), die sich bezglich Siche

15、rheit, Funktionsfhigkeit, Leichtbau, wirt-schaftlicher Fertigung und Instandhaltung bewhrt haben. Das Vorgehen beim Nachweis der statischen Festigkeit als auch beim Nachweis der Ermdungsfestigkeit von Grundwerkstoff und Schweiverbindungen wird beschrieben. Fr den Dauerfestigkeitsnachweis mittels dem

16、 Nennspannungs-konzept ist ein Kerbfall-Katalog zusammengestellt, in dem Verbin-dungsdetails den Schweinahtgteklassen nach DIN EN 15085-3Gestauni006ctuuni006eg uuni006ed Festiguni006beitsbewertuuni006eg vuni006funi006e Schweiuni00dfuni006buni006funi006estruuni006btiuni006funi006eeuni006e aus Auni006

17、cuuni006diuni006eiuuni006duni002duni006cegieruuni006egeuni006e iuni006d Schieuni006eeuni006efahruni007aeugbauSeptember 2011RichtlinieDVS 1608Ersetuni007at Ausgabe uni004dai 1983B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection -

18、 Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 1608und den Kerbfalllinien bzw. Dauerfestigkeitswerten zugeordnet sind, die durch die berarbeitung der Richtlinie DVS1608:1983 entstanden und ebenfalls Bestandteil dieser Richtlinie sind. Zu-sammen mit der Bercksichtigung von unterschiedlichen Sicher-heitsbedrfnissen wer

19、den damit die Anforderungen der DIN EN 15085 erfllt.Die Dauerfestigkeitswerte beziehen sich auf den Grundwerkstoff sowie auf geschweite Bauteilverbindungen im Schienenfahrzeug-bau und die hier geltenden Lastannahmen und Fertigungsbedin-gungen. Das ist zu beachten, wenn diese Dauerfestigkeitswerte au

20、ch in anderen Bereichen angewendet werden. Der Katalog fr Schweiverbindungen in Anhang B erhebt keinen Anspruch auf Vollstndigkeit. Zustzlich zum Nennspannungskonzept wird das Kerbspannungs-konzept als Bewertungsmethodik vorgeschlagen. Fr den Betriebsfestigkeitsnachweis sind Whlerlinien fr das Nenns

21、pannungskonzept als auch fr das Kerbspannungskonzeptangegeben. Dadurch ist eine Bewertung der Betriebsfestigkeit bzw. eine Lebensdauerbewertung mittels Schadensakkumulation mglich. Die Richtlinie dient Berechnungsingenieuren und Konstrukteuren dazu, Schweiverbindungen beanspruchungsgerecht auszulege

22、n, und untersttzt Schweifach- und Abnahmeingenieure bei der Lsung von Qualittssicherungs- und Fertigungsaufgaben. 2 GeltungsbereichDiese Richtlinie gilt fr die Gestaltung und Auslegung auf stati-sche Festigkeit und Ermdungsfestigkeit von Grundwerkstoff und Lichtbogen-Schweiverbindungen von im Schien

23、enfahrzeugbau eingesetzten Aluminiumlegierungen, die in der Normenreihe DIN 5513 bzw. Merkblatt DVS 1623 aufgefhrt sind. Sie ist fr Konst-ruktionen mit Wanddicken t 1,5 mm anzuwenden. Folgende Legierungen werden fr den Einsatz bei Schienenfahr-zeugen empfohlen: Strangpressprofile: EN AW-6005A, EN AW

24、-6082, EN AW-6060, EN AW-6106, Bnder, Bleche und Platten: EN AW-5083, EN AW-5454, EN AW-5754, EN AW-6082, Aluminiumguss: EN AC 21000, EN AC 42000, EN AC 43300, EN AC 51300, Schmiedeteile: EN AW-5754, EN AW-5083, EN AW-6005A, EN AW-6082.Bei Halbzeugen der Legierung EN AW-7020 (AlZn4,5Mg1) existiertei

25、n Risiko in Bezug auf Spannungsrisskorrosions- bzw. Schicht-korrosionsempfindlichkeit. Unter Bercksichtigung der konstruktiven Gegebenheiten bei Schienenfahrzeugen und den Unsicherheiten bezglich der Ein-flsse whrend des Betriebs wird bei Verwendung von EN AW-7020 im Schienenfahrzeugbau auf die Einh

26、altung der besonderenVerarbeitungsvorgaben und der empfohlenen Korrosionsschutz-manahmen der Aluminiumhersteller hingewiesen (z. B. Eloxieren,Beschichten, Lackieren, Wrmebehandlung). Fr Neubaukonst-ruktionen wird daher auch vom Einsatz der Legierung EN AW-7020 abgeraten.Beim Einsatz neuer Werkstoffe

27、 bzw. anderer Wanddicken ist die Anwendbarkeit der in dieser Richtlinie enthaltenen Festigkeits-vorgaben zu berprfen. 3 Schweitechnische Fertigung und QualittssicherungBei der Gestaltung der Schweiverbindungen im Schienenfahr-zeugbau sind die Anforderungen der DIN EN 15085 zu beachten. Die Konstrukt

28、ionszeichnungen sind unter Beachtung der DIN EN 15085-3 und des Merkblattes DVS 1610 zu erstellen.Hinweis: Fr vorhandene Schweikonstruktionen, die nach nicht mehr gel-tenden Regelwerken erstellt wurden (z. B. DIN 6700), ist bei der Anpassung der Zeichnungen an die Normenreihe DIN EN 15085 das Merkbl

29、att DVS 1623 zu beachten. Dies gilt besonders fr die Umschreibung der Schweinahtgteklassen und den Nachweis der Schweinahtqualitt (z. B. ZfP).Entsprechend der Normenreihe DIN EN 15085 muss fr eine Schweikonstruktion im Schienenfahrzeugbau die Schweibar-keit nach DIN 8528-1 gewhrleistet sein. Im Einz

30、elnen gilt: Die Schweieignung der Werkstoffe ist gewhrleistet, wenn die Werkstoffe die Anforderungen der DIN EN 15085-3, Abs. 6.1,erfllen. Die Schweieignung der Schweizustze ist gewhrleistet, wenn die Schweizustze fr den jeweiligen Werkstoff ent-sprechend DIN EN 15085-4, Abs. 5.3, ausgewhlt und qual

31、ifi-ziert sind. Die Schweisicherheit der Konstruktion ist gewhrleistet, wenn die Konstruktion den Beanspruchungen unter Berck-sichtigung des Werkstoffverhaltens standhlt. Die Vorgaben der DIN EN 15085-3 und DIN EN 15085-4 sind zu beachten. Die Schweimglichkeit in der Fertigung ist gewhrleistet, wenn

32、die Konstruktion unter Beachtung der Zertifizierungsstufe und der im Betrieb mglichen Schweiverfahren herzustellen ist. Neben der Schweibarkeit der Konstruktion ist sicherzustellen, dass die Konstruktion prfgerecht (vorgegebene zerstrungsfreie Prfungen mssen mglich sein) und entsprechend DIN 27201-6

33、 instandhaltungsgerecht ist (siehe auch Merkblatt DVS 1620).Fr die Zuordnung der Komponenten und Bauteile zu den Zertifi-zierungsstufen gelten die Vorgaben der DIN EN 15085-2, An-hang A. Fr die Einstufung der Schweiverbindungen in die Schweinahtgteklassen enthlt der Abschnitt 8 dieser Richtlinie ver

34、einfachende Festlegungen, mit denen die Vorgaben der DIN EN 15085-3, Tabelle 2, erfllt werden. Des Weiteren sind in die-sem Abschnitt zur Festlegung des magebenden Sicherheitsbe-drfnisses Angaben aufgefhrt, die inhaltlich dem Anhang G in DIN EN 15085-3 entsprechen.Hinweis: Es ist ganz besonders dara

35、uf zu achten, dass mit der Festlegung der Schweinahtgteklasse auch die Zuordnung der Komponen-ten und Bauteile zu den Zertifizierungsstufen erfolgt, da nach DIN EN 15085-2 die Zertifizierungsstufe primr von der Schweinaht-gteklasse abhngig ist.Schweikonstruktionen im Schienenfahrzeugbau nach DIN EN

36、15085 sind einer schweitechnischen Prfung entsprechend Merk-blatt DVS 1620 zu unterziehen. 3.1 Schweiplanung und konstruktive HinweiseBeim Entwurf geschweiter Schienenfahrzeuge ist die Fertigbar-keit der Schweinhte gemeinsam mit dem Schweifachingenieurzu prfen.Bei schwierigen Konstruktionen sind Sch

37、weifolgeplne aufzu-stellen (siehe hierzu Merkblatt DVS 1610). Die Schweinahtformen sowie die Anforderungen an die Schwei-nahtgte und der Prfaufwand sind gemeinsam zwischen Konst-rukteur, Schweifachingenieur und Berechnungsingenieur fest-zulegen. 3.2 Anforderungen an die FertigungseinrichtungenDie We

38、rksttten, in denen Aluminium verarbeitet wird, sind rum-lich von solchen zu trennen, in denen Staub, Gase oder Dmpfe entstehen, welche die Korrosionsbestndigkeit von Aluminium oder die Schweinahtqualitt nachteilig beeinflussen. Bei schwei-technischen Instandsetzungsmanahmen am tragenden Fahr-zeugkrp

39、er sind geeignete Spannvorrichtungen zu verwenden.Analog zur Arbeitsstttenrichtlinie ist zum Schweien von Alumi-niumlegierungen eine Raumtemperatur von mindestens 12C zu gewhrleisten.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollec

40、tion - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 1608Die Unterschreitung dieser Mindesttemperatur ist aus folgenden Grnden zu vermeiden: die Handfertigkeiten der Schweier sind eingeschrnkt, verstrkte Schrumpfspannungen erhhen die Rissgefahr, die bei Normaltemperatur besttigten Parameter in den Schwei-anweisungen

41、sind durch geringeres Einbrandverhalten nicht mehr abgesichert, erhhte Schwitzwasserbildung kann beim Schweien Porosittbewirken.3.3 Bearbeitungswerkzeuge und VorrichtungenDie Bearbeitungswerkzeuge sind ausschlielich fr Aluminium-werkstoffe zu verwenden oder vor der Verwendung sorgfltig zu reinigen (

42、frei von Rckstnden anderer Metalle). Vorrichtungen und Spannwerkzeuge aus unlegierten Sthlen sol-len an den Auflage- und Spannflchen sauber und frei von Rost oder mit geeigneten Zwischenlagen versehen sein, beispielswei-se mit solchen aus Aluminium, nichtrostendem Stahl oder Kunst-stoff. Auf Kupferf

43、reiheit ist zu achten. Transportbehlter und Lagerregale mssen rostgeschtzt, bei-spielsweise verzinkt, oder mit chlorfreiem Papier bzw. trockenem Holz ausgelegt sein. Reinigungsbrsten mssen Borsten aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl haben, sauber und fettfrei sein.3.4 Reinigen und EntfettenDie zu

44、schweienden Teile sind vor dem Schweien mechanisch oder mit geeigneten chemischen Mitteln (beispielsweise Aceton) von Fett, Staub und Beschichtungsstoffen zu reinigen.3.5 NahtvorbereitungDie Nahtvorbereitung ist vorzugsweise durch mechanische Bear-beitung (z. B. Frsen) herzustellen. Fr das Ausarbeit

45、en der Wurzel sind Formfrser zu bevorzugen. Das Verwenden kunststoff-gebundener Schleifscheiben kann zu Porositt in der Schwei-naht fhren, wenn Kunststoffabrieb an den Fugenflanken ver-bleibt. Die Fugenformen sind in DIN EN ISO 9692-3 enthalten, Empfehlungen fr die Fugenformen enthlt DIN EN 15085-3.

46、3.6 HeftschweienIn der Naht verbleibende Heftschweiungen sind so auszufh-ren, dass sie die Qualittsanforderungen an die fertige Schwei-naht erfllen. In hochbeanspruchten Bereichen sollen Heftschwei-nhte vermieden werden bzw. wieder sorgfltig entfernt werden. Dies ist gegebenenfalls in Heftplnen bzw.

47、 Heftfolgeplnen anzu-geben.3.7 VorwrmenIn Abhngigkeit von der Werkstckabmessung und vom Schwei-verfahren kann im Bereich des Schweibeginns ein Vorwrmen erforderlich sein. Das Vorwrmen soll mit mglichst niedrigem gleichmigem Energieeintrag erfolgen (weiche Flamme mit Pro-pan/Butan Gas und Brause Anwr

48、meinsatz). Die Vorwrmtem-peratur muss mit Temperaturmessgerten berwacht werden. Die Vorwrmtemperatur soll blicherweise nicht hher als 150C sein.3.8 Schweiverfahren, Schweizustze und SchutzgaseIm Schienenfahrzeugbau werden bevorzugt Schutzgasschwei-verfahren, wie WIG-, MIG-Schweien und deren Variante

49、n, an-gewendet. Vor Beginn oder Wiederbeginn des Schweiens sind Fugenflanken, Nahtbereich, Heftstellen oder Zwischenlagen sorg-fltig zu reinigen. Endkraterrisse, Bindefehler und gerissene Heft-schweiungen sind sorgfltig auszuarbeiten.Beim MIG-Schweien knnen Bindefehler und Endkraterrisse am Anfang und