Spannungsintensitätsfaktor
Der Spannungsintensitätsfaktor K beschreibt die Spannungsüberhöhung an einer Rissspitze. Er hängt von der Zugspannung, der Risslänge und der Bauteilgeometrie ab. Überschreitet K den Werkstoffkennwert K_IC, breitet sich der Riss schlagartig aus.
Physikalisch-chemischer Wirkmechanismus
An einer Rissspitze konzentrieren sich die Spannungen. Die Spannung wird dort theoretisch unendlich hoch. Der Spannungsintensitätsfaktor K gibt die Stärke dieser Spannungsüberhöhung an. Man berechnet K aus der Nennspannung, der Risslänge und einem Geometriefaktor. Die Einheit ist MPa·√m. Jeder Werkstoff hält bis zu einem kritischen Wert K_IC stand. Ist K kleiner als K_IC, bleibt der Riss stabil oder wächst nur langsam. Ist K größer als K_IC, reißt der Riss schlagartig weiter.
Metallurgische Relevanz & Risiken beim Schweißen
Schweißnähte enthalten oft kleine Risse oder Anrisse. Zusätzlich erzeugen Schweißeigenspannungen hohe Zugspannungen. Beides erhöht den Spannungsintensitätsfaktor K. In der Wärmeeinflusszone kann Martensit entstehen. Martensit hat eine niedrige Bruchzähigkeit K_IC. Dann genügt schon ein kleiner Riss, um K über K_IC zu treiben. Der Riss wächst spröde und ohne Vorwarnung. Wasserstoff im Schweißgut verstärkt diese Gefahr.
Werkstattpraxis & Handlungsanweisungen
Vermeiden Sie Risse durch saubere Schweißnahtvorbereitung und geeignete Zusatzwerkstoffe. Halten Sie die vorgegebene Vorwärmtemperatur ein. Das verlangsamt die Abkühlung und verhindert harten Martensit. Reduzieren Sie Schweißeigenspannungen durch gezielte Schweißfolge oder Spannungsarmglühen. Finden Sie nach dem Schweißen einen Riss, messen Sie seine Länge und bewerten Sie ihn nach einem bruchmechanischen Verfahren. Überschreitet K den zulässigen Wert, muss der Riss vollständig entfernt und neu geschweißt werden.