DVS 1612-2014 Design and endurance strength assessment of welded joints with steels in rail vehicle construction.pdf

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1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Schweien im Schienenfahrzeugbau“Nachdruck und Kopie,auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des HerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telef

2、ax (02 11) 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

3、die ihm 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 1612 von 1984. Die berarbeitung erfolgte mit dem Ziel, die in DIN 6700 bzw. der jetzt gltigen Nor

4、menreihe DIN EN 15085 enthaltenen Anforderungen zur Festlegung von Schweinahtgteklassen unter Bercksichtigung von Festigkeits- und Sicherheitsanforderungen bei Schweiverbindungen im Schienenfahrzeugbau zu konkretisie-ren. Dabei wurde auf die Vorschrift DV 952, Anhang II von 1977 der Deutschen Bahn (

5、DB) Bezug genommen. Die darin enthaltenen Festigkeitswerte fr Stahl sind in berarbeiteter Form in die vorliegende Richtlinie bernommen worden, die somit auch die DB-Vor-schrift DV 952, Anhang II von 1977 ersetzt. Die Geltung dieser Richtlinie ist zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer zu vereinbare

6、n.Die Richtlinie wurde durch Vertreter der Schienenfahrzeugindustrie, der DB AG und des Eisenbahn-Bundesamtes sowie durch Mit-arbeiter von IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Dresden erstellt. Inhalt:1 Allgemeines2 Geltungsbereich3 Schweitechnische Fertigung und Qualittssicherung4 Gesta

7、ltung und Auslegung der Schweiverbindungen4.1 Gestaltungsgrundstze4.2 Grundlagen der Auslegung4.3 Nachweis der Dauerfestigkeit4.4 Dauerfestigkeitswerte auf Basis von DV 9524.5 Zuordnung von Dauerfestigkeit, Schweinahtgteklasse und Sicherheitsbedrfnis5 Erluterungen zum Bauformen-Katalog 6 SchrifttumA

8、nhang A: Richtlinien und Normen mit Festlegungen fr den Dauerfestigkeitsnachweis von SchweiverbindungenAnhang B: Bauformen-Katalog1 AllgemeinesDie Richtlinie enthlt Hinweise zur Gestaltung und Vorgaben zur Auslegung von Schweikonstruktionen sowie eine Zusammen-stellung von fr den Schienenfahrzeugbau

9、 wesentlichen Schwei-konstruktionsdetails (Bauformen) aus Stahl, die sich bezglich Sicherheit, Funktionsfhigkeit, Leichtbau, wirtschaftlicher Fertigungund Instandhaltung bewhrt haben. Die im Bauformen-Katalog erfassten Verbindungsdetails sind den Schweinahtgteklassen CP C A bis CP C2 nach DIN EN 150

10、85-3 und den Kerbfalllinien bzw. Dauerfestigkeitswerten zugeordnet, die durch die berar-beitung der DV 952, Anhang II entstanden und ebenfalls Be-standteil dieser Richtlinie sind. Zusammen mit der Bercksichti-gung von unterschiedlichem Sicherheitsbedrfnis werden damit die Anforderungen der DIN EN 15

11、085 erfllt.Die Dauerfestigkeitswerte des Bauformen-Kataloges beziehen sich auf geschweite Bauteilverbindungen im Schienenfahrzeug-bau und die hier geltenden Lastannahmen. Das ist zu beachten, wenn die Dauerfestigkeitswerte auch in anderen Bereichen an-gewendet werden. Der Bauformen-Katalog erhebt ke

12、inen Anspruch auf Vollstndig-keit. Die Richtlinie dient Berechnungsingenieuren und Konstruk-teuren dazu, Schweiverbindungen beanspruchungsgerecht aus-zufhren, und untersttzt Schweifach- und Abnahmeingenieure bei der Lsung von Qualittssicherungs- und Fertigungsaufgaben. 2 GeltungsbereichDiese Richtli

13、nie gilt fr die Gestaltung und Auslegung auf Dauer-festigkeit von Lichtbogen-Schweiverbindungen von im Schienen-fahrzeugbau eingesetzten Sthlen. Sie ist fr Schweikonstruk-tionen mit Blechdicken 2 mm und fr einige Verbindungsformenauch mit Blechdicken 1,5 mm anzuwenden.Die in dieser Richtlinie aufgef

14、hrte direkte Zuordnung von Dauer-festigkeit und Schweinahtgteklasse sowie von Dauerfestigkeit und Sicherheitsbedrfnis mit den Erweiterungen zur Einordnung von unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen erfllt die Anfor-derungen in den Tabellen 1 und 2 der DIN EN 15085-3 zur Fest-legung der magebende

15、n Schweinahtgteklasse. Fr schwin-gende Beanspruchung kommen nur die SchweinahtgteklassenCP A, CP B, CP C1 und CP C2 nach DIN EN 15085-3 infrage. Wird die Schweinahtgteklasse nach dieser Richtlinie unter Be-rcksichtigung aller hier aufgefhrten Angaben festgelegt, entfllt die Anwendung der Tabelle 2 d

16、er DIN EN 15085-3. Darber hin-ausgehende Festlegungen in DIN EN 15085-3 sind einzuhalten.Die in dieser Richtlinie enthaltenen Dauerfestigkeitswerte knnen auch fr die Auslegung von laser- und elektronenstrahlge-schweiten Verbindungen herangezogen werden. Da erforderli-che Schweiungen bei Instandhaltu

17、ngs- oder Reparaturarbeiten i.d.R. mit dem Lichtbogenschweiverfahren erfolgen, ist eine eventuell hhere Schwingfestigkeit von laser- oder elektronen-strahlgeschweiten Verbindungen nicht zu bercksichtigen.3 Schweitechnische Fertigung und QualittssicherungBei der Gestaltung der Schweiverbindungen im S

18、chienenfahr-zeugbau sind die Anforderungen der DIN EN 15085-3 zu beach-ten. Die Konstruktionszeichnungen sind unter Beachtung der DIN EN 15085-3 und dem Merkblatt DVS 1610 aufzustellen.Entsprechend der Normenreihe DIN EN 15085 muss fr eine Schweikonstruktion im Schienenfahrzeugbau die Schweibar-keit

19、 nach DIN 8528-1 gewhrleistet sein. Im einzelnen gilt: Die Schweieignung der Werkstoffe ist gewhrleistet, wenn die Werkstoffe die Anforderungen der DIN EN 15085-3, Ab-schnitt 6.1, erfllen. Die Schweieignung der Schweizustze ist gewhrleistet, wenn die Schweizustze fr den jeweiligen Werkstoff ent-spre

20、chend DIN EN 15085-4, Abschnitt 5.3, ausgewhlt und qualifiziert sind. Gestaltung und Dauerfestigkeits-bewertung von Schweiverbindungen mit Sthlen im SchienenfahrzeugbauAugust 2014RichtlinieDVS 1612Ersetzt Ausgabe August 2009B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD

21、19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 1612 Die Schweisicherheit der Konstruktion ist gewhrleistet, wenn die Konstruktion den Beanspruchungen unter Berck-sichtigung des Werkstoffverhaltens standhlt. DIN EN 15085-3 und DIN EN 15085-4 sind zu beachten. Die Schweimg

22、lichkeit in der Fertigung ist gewhrleistet, wenn die Konstruktion unter Beachtung der Bauteilklasse und der im Betrieb mglichen Schweiverfahren herzustellen ist. Hinweis: Ist die Schweibarkeit nicht in allen Punkten gewhr-leistet, wird zur Absicherung der Fertigung die Erhhung der Schweinahtprfklass

23、e, bei gleichbleibender Schweinahtgte-klasse, empfohlen (z. B. bei bedingt schweigeeigneten Werk-stoffen: CP C2 - CT 2). Neben der Schweibarkeit der Konstruktion ist sicherzustellen, dass die Konstruktion prfgerecht (vorgegebene zerstrungsfreie Prfungen mssen mglich sein) und entsprechend DIN 27201-

24、6 instandhaltungsgerecht ist (siehe auch Merkblatt DVS 1620, DIN EN 15085-3, Abschnitt 4.6, und Abschnitt 4.1 dieser Richtlinie).Fr die Zuordnung der Komponenten und Bauteile zu den Zerti-fizierungsstufen gelten die Vorgaben der DIN EN 15085-2, An-hang A. Fr die Einstufung der Schweiverbindungen in

25、die Schweinahtgteklassen enthlt der Abschnitt 4.5 dieser Richt-linie vereinfachende Festlegungen, mit denen die Vorgaben der DIN EN 15085-3, Tabellen 2 erfllt werden. Des Weiteren sind in diesem Abschnitt zur Festlegung des magebenden Sicherheits-bedrfnisses Angaben aufgefhrt, die inhaltlich dem Anh

26、ang G in DIN EN 15085-3 entsprechen.Hinweis: Es ist ganz besonders darauf zu achten, dass mit der Festlegung der Schweinahtgteklasse auch die Zuordnung der Komponenten und Bauteile zu den Zertifizierungsstufen erfolgt, da nach DIN EN 15085-2 die Zertifizierungsstufe primr von der Schweinahtgteklasse

27、 abhngig ist.Schweikonstruktionen im Schienenfahrzeugbau nach der Nor-menreihe DIN EN 15085 sind einer schweitechnischen Prfung entsprechend Merkblatt DVS 1620 zu unterziehen. 4 Gestaltung und Auslegung der Schweiverbindungen4.1 GestaltungsgrundstzeBei der konstruktiven Ausbildung von Schweiverbindu

28、ngen ist darauf zu achten, dass diese beanspruchungsgerecht, fertigungsgerecht, werkstoffgerecht, prfgerecht, verzugs- bzw. verwerfungsarm, korrosionsschutzgerecht, wirtschaftlich, instandhaltungsgerecht, mechanisierungs- und automatisierungsgerechtausgefhrt werden. Beanspruchungsgerechtes Konstruie

29、ren bedeutet z. B.: Steifigkeitssprnge gering halten, Querschnittsbergnge in Abhngigkeit von der Beanspru-chungsart festlegen (z. B. Unterschiede zwischen Zug/Druck-, Biege- und Torsionsbeanspruchung), Nahtanhufungen und Nahtkreuzungen vermeiden, einseitig, nicht durchgeschweite T-Stoverbindungen ge

30、sttztausbilden wie z. B. bei Kastentrgern.Fertigungsgerechtes Gestalten setzt voraus, dass fr den Schwei-vorgang eine ausreichende Zugnglichkeit vorgesehen wird. Werkstoffgerechtes Konstruieren bedeutet, dass mgliche Werk-stoffvernderungen wie Seigerungszonen bei Profilsthlen und nicht metallische E

31、inschlsse in gewalzten Blechen sowie kalt-umgeformte Bereiche hinsichtlich der Ausfhrung von sicheren Schweiungen beachtet werden. Durch prfgerechtes Gestalten wird sichergestellt, dass fr das einzusetzende Prfverfahren eineausreichende Zugnglichkeit besteht.Darber hinaus sind die in DIN EN 15085-3

32、enthaltenen Konst-ruktionsregeln anzuwenden und allgemeine, in der Fachliteratur aufgefhrte Hinweise zur Gestaltung von Schweiverbindungen zu beachten (z. B. Fachbcher von A. Neumann und J. Ruge Bd. III sowie DVS-Fachbuchreihe Bd. 12, siehe Schrifttum).4.2 Grundlagen der AuslegungFr die Auslegung vo

33、n Schweiverbindungen im Schienenfahr-zeugbau sind verschiedene Normen mit unterschiedlichen Anfor-derungen zu beachten. Die Festigkeit von Wagenksten ist in DIN EN 12663 und von Drehgestellrahmen in DIN EN 13749 geregelt. Diese Normen enthalten auch Anforderungen an die Auslegung von Schweiverbindun

34、gen, aber keine konkreten Fes-tigkeitswerte. Nach diesen Normen sind Schweiverbindungen fr die im Berieb auftretenden dynamischen Belastungen nach Mglichkeit auf Dauerfestigkeit auszulegen. Die hierfr heran-zuziehenden Werkstoffdaten sollten folgende Anforderungen er-fllen: berlebenswahrscheinlichke

35、it p = 97,5% (mindestens 95%), Mindestanzahl von 2 x 106Zyklen fr Stahl bei konstanter Lastamplitude, Klassifizierung der Bauformen in Bezug auf Kerbflle, berprfen der bertragbarkeit von Kleinprobenwerten auf realeBauteile.Mit der Anwendung dieser Richtlinie werden die vorgenannten Bedingungen erfll

36、t. Einzelheiten fr den Dauerfestigkeitsnach-weis enthlt der Abschnitt 4.3, und Dauerfestigkeitswerte sind im Abschnitt 4.4 aufgefhrt. Im Anhang A sind weitere Richtlinien bzw. Normen mit fr den Schienenfahrzeugbau geeigneten Dauer-festigkeitswerten aufgefhrt. Zwischen Auftragnehmer und Auf-traggeber

37、 ist zu vereinbaren, nach welcher Norm bzw. Richtlinie der Dauerfestigkeitsnachweis gefhrt wird. Die in dieser Richtlinie enthaltenen Dauerfestigkeitswerte sind wie in der Vorgngerrichtlinie DV 952 mittelspannungsabhngig und gelten fr geschweite nicht spannungsarmgeglhte Bauteile.Das bedeutet, dass

38、fertigungsbedingte Zugeigenspannungen, diebis zur Werkstoffstreckgrenze bzw. Fliegrenze gehen knnen, sich nicht auf Dauerfestigkeitswerte auswirken. Dies gilt sowohl fr schweibedingte Zugeigenspannungen als auch fr Zugeigen-spannungen, die durch anschlieendes Flammrichten entstehen knnen. Grundstzli

39、ch ist bei den im Schienenfahrzeugbau ein-gesetzten Sthlen, die eine zum S355 kleinere oder vergleichbar hohe Zugfestigkeit aufweisen, davon auszugehen, dass durch denSchweiprozess und anschlieendes Flammrichten Zugeigen-spannungen in vergleichbarer Gre wie beim Schweiprozess ohne anschlieendes Flam

40、mrichten auftreten. Die Zugeigen-spannungen werden einerseits durch das Reinigungsstrahlen undandererseits durch die berlagerung mit ueren Belastungen reduziert. Die dadurch entstehende Entspannung ist jedoch nicht so erheblich, dass sich damit relevante maliche Vernderungen von Drehgestellrahmen od

41、er Wagenkasten ergeben wrden.4.3 Nachweis der DauerfestigkeitDer Dauerfestigkeitsnachweis fr Schweiverbindungen erfolgt hier mit Nennspannungen. Die durch die Bau- und Schweinaht-form verursachte Spannungserhhung wird mit kerbfallabhngi-gen Dauerfestigkeitswerten bercksichtigt. Im Anhang B sind typi

42、sche Schweiverbindungen des Schienenfahrzeugbaus als Bauformen-Katalog zusammengestellt. Die zugeordneten Dauer-festigkeitswerte sind in den MKJ-Diagrammen des Abschnittes 4.4dargestellt. Die magebenden Nennspannungen ergeben sich aus den Schnittgren, bezogen auf den Verbindungsquerschnitt, der an d

43、er hchstbeanspruchten Stelle bzw. am mglichen Anrissort vorliegt. Bei der Spannungsbestimmung mit numerischen Be-rechnungsverfahren, z. B. mit der Finiten Elemente Methode (FEM) oder durch Messung mit Dehnungsmessstreifen (DMS) haben die magebenden Nennspannungen in der Regel einen bestimmten Abstan

44、d zur Schweinaht, der bei FE-Berechnungen auch von der vorgenommenen Modellierung (Aufbau der Geo-metriestruktur) und der Netzgenerierung (u. a. Elementtyp und B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Sei

45、te 3 zu DVS 1612-gre sowie Netzabstufung) abhngt. Ein Richtwert fr den Abstand zum Nahtbergang ist bei querbeanspruchten Schwei-nhten 1 bis 1,5 x Blechdicke. Beim Dauerfestigkeitsnachweis sind Normalspannungen lngs und quer zur Nahtrichtung (IIund ) sowie Schubspannungen lngs zur Nahtrichtung () zu

46、beachten. Der Dauerfestigkeitsnachweis kann in Anlehnung an DIN 15018 durchgefhrt werden, wobei dieser zunchst fr jede Spannungs-komponente einzeln zu erfolgen hat:(1)II,zul, ,zulund zulsind die zulssigen Dauerfestigkeitswerte nach den MKJ-Diagrammen im Abschnitt 4.4 und gelten fr den Blechdickenber

47、eich 2 t 10 mm, sofern in den Tabellen B-1.1 bis B-9 des Anhangs B nichts anderes angegeben ist. Fr Blech-dicken 10 R= min/max 1, Normalspannungen im Druckschwell- und Druckwechselbereichmit 1 = u/o 1, Schubspannungen im Schwell- und Wechselbereich mit1 R = min/max 1 vorzunehmen.Normalspannungen im

48、Zugschwell- und Zug-Wechselbereichmit 1 R= min/max 1 (Mittelspannung 0):Das Spannungsverhltnis Rergibt sich aus dem Verhltnis der minimalen zur maximalen Spannung, wobei die minimale und maximale Spannung unter Bercksichtigung des Vorzeichens festzulegen ist. Die MKJ-Diagramme sind im Bild 2 fr S355 und im Bild 3 fr S235 dargestellt. Sie enthaltenfr den Grundwerkstoff Linie A+: reinigungsgestrahlt und ohne Wrmebeeinflussung Linie A: ohne Wrmebeeinflussung Linie AB: Wrmebeeinflussung z. B. durch thermisches Tren-nen und fr Schweiverbindungen die Linien