Qualitätsprüfung nahtloser Stahlrohre: Maß-, NDE-, chemische, mechanische und Prozessprüfungen

Oct 12, 2023

1. Maß- und Formprüfung

Parameter Instrument Verfahren
Wandstärke Mikrometer (0,01 mm Auflösung) oder kalibriertes Ultraschall-Dickenmessgerät Messen Sie an mindestens 8 Punkten, die um beide Enden jedes Rohrs verteilt sind. Notieren Sie alle Werte. UT-Messgeräte müssen auf einem Referenzblock mit derselben Nenndicke und demselben Material kalibriert werden.
Außendurchmesser und Ovalität Messschieber, Messschieber (Auflösung 0,02 mm), Messringe (go/no-go) Messen Sie den maximalen und minimalen Durchmesser an jedem Ende. Ovalität=(ODmax− ODmin) / Nenn-OD × 100 %. Vergleichen Sie es mit der Standardtoleranz des Produkts.
Länge Kalibriertes Stahlband (Klasse II oder besser) oder automatische Laserlängenmessung Messen Sie die Gesamtlänge anhand der vorgeschriebenen Längentoleranz (z. B. +10/−0 mm für ein auf -auf -geschnittenes Rohr). Stellen Sie bei Bestellungen mit zufälliger -Länge sicher, dass jedes Rohr innerhalb des vereinbarten Bereichs liegt.
Geradheit (Sturz) 1 m Lineal oder Wasserwaage, Fühlerlehren-Set, gespannte dünne Linie Messen Sie die Abweichung pro Meter (lokaler Bogen) und die Gesamtabweichung über die gesamte Länge (globaler Bogen). Akzeptanz: typischerweise weniger als oder gleich 0,2 % der Rohrlänge für Strukturrohre; Weniger als oder gleich 0,15 % für Leitungsrohre.
Endfase-Geometrie Winkelmesser, Winkellineal, Klemmplatte mit Winkelschablone Überprüfen Sie den Fasenwinkel (typischerweise 30 Grad ± 2,5 Grad für die Vorbereitung der Stumpfnaht nach ASME B16.25) und die Wurzelfläche (typischerweise 1,6 ± 0,8 mm). Überprüfen Sie, ob am Umfang eine gleichmäßige Fläche vorhanden ist.

 

2. Oberflächenqualitätsprüfung und zerstörungsfreie Prüfung (NDE)

2.1 Sichtprüfung

Bei ausreichender Beleuchtung (mehr als oder gleich 500 Lux an der Inspektionsoberfläche) und gemäß der geltenden Produktnorm wird jedes Rohr um 360 Grad gedreht und die Innen- und Außenflächen werden direkt oder mit Hilfe eines Endoskops auf das Rohrinnere untersucht. Zum Vergleich werden Referenzmuster oder Abnahmestandards (fotografisch oder physikalisch) herangezogen. Die folgenden Oberflächenbeschaffenheiten sind auf nahtlosen Rohren nicht zulässig:

  • Risse, Nähte oder Überlappungen
  • Falten, Krusten oder Splitter vom Roll- oder Lochvorgang
  • Laminierung oder Blasenbildung auf der Rohroberfläche
  • Jeder Defekt, der die verbleibende Wandstärke unter das angegebene Minimum reduziert

Kleinere Oberflächenfehler können durch Schleifen entfernt werden, sofern die verbleibende Wandstärke innerhalb der Toleranz liegt und die geschliffene Fläche nahtlos in die umgebende Oberfläche übergeht.

2.2 Zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden und Auswahl

Die folgende Tabelle fasst die fünf wichtigsten NDE-Methoden für nahtlose Stahlrohre, ihre Standardreferenzen und ihre Auswahlkriterien zusammen.

Verfahren Primäre Erkennung Materialbedarf Schlüsselstandards
Ultraschallprüfung (UT) Innere und oberflächliche Risse, Laminierungen und Einschlüsse im Rohrkörper Jedes Material, das Ultraschall überträgt; funktioniert am besten auf gleichmäßigem, feinkörnigem-Stahl GB/T 5777, ASTM E213, ISO 10893-10
Wirbelstromprüfung (ET) Punktförmige Oberflächenfehler (Löcher, kurze Nähte, Grübchen); begrenzte Eindringtiefe Elektrisch leitfähige Materialien (alle Metalle); am besten auf glatten, sauberen Oberflächen GB/T 7735, ASTM E309, ISO 10893-2
Magnetische Flussleckage (MFL) Oberflächen- und oberflächennahe{0}}Risse, Grübchen und Wandstärken-variationen Nur ferromagnetische Materialien (Kohlenstoff und niedrig{0}legierter Stahl) GB/T 12606, ISO 10893-3
Magnetpulverprüfung (MT) Risse, Nähte, Überlappungen an der Oberfläche und an der Oberfläche Nur ferromagnetische Materialien ASTM E709, ISO 10893-5
Elektromagnetischer akustischer Wandler (EMAT) Ähnliche Defekttypen wie bei der konventionellen UT, jedoch ohne Koppelmittel Elektrisch leitfähige Materialien; Funktioniert auf rauen, heißen oder sich bewegenden Oberflächen ISO 10893-11 (EMAT-basierte UT)
Flüssigkeitseindringprüfung (PT) Oberfläche-Nur Bruchdefekte - Risse, Nähte, zur Oberfläche hin offene Porosität Jedes nicht{0}}poröse Material (funktioniert auf ferromagnetischen und nicht{1}}ferromagnetischen Legierungen) ASTM E165, ISO 10893-4

Leitfaden zur Methodenauswahl:VerwendenUTzur volumetrischen Ganzkörperprüfung von Riss- und Laminierungsfehlern. VerwendenUND(gemäß GB/T 7735, nicht GB/T 12606) zur Oberflächen- und oberflächennahen Locherkennung - ET wird häufig mit UT in einer kombinierten Inspektionslinie gepaart. VerwendenMFL(gemäß GB/T 12606) oderMTfür ferromagnetische Rohre, bei denen eine Empfindlichkeit gegenüber oberflächennahen Rissen erforderlich ist. VerwendenEMATfür Hochtemperatur-, Hochgeschwindigkeits- oder raue Oberflächenanwendungen, bei denen flüssiges Koppelmittel unpraktisch ist. VerwendenPTzur Stichprobenprüfung von Oberflächenbruchfehlern an austenitischen Edelstählen oder nichtferromagnetischen Legierungen, bei denen MT nicht anwendbar ist.

 

3. Analyse der chemischen Zusammensetzung

Instrument Elemente bestimmt Musterformular
Infrarot-C-S-Analysator
(Verbrennung + IR-Absorption)
Kohlenstoff- und Schwefelgehalt in Stahl Späne oder Bohrspäne vom Rohrkörper; Verbrennung bei ~1350 Grad in reinem Sauerstoff
Optisches Emissionsspektrometer (OES)
(Funkenentladung)
C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, Cu, Al, W, V, Ti, B, Nb, As, Sn, Sb, Pb, Bi (voller Spektralbereich) Feste, ebene-geschliffene Fläche am Rohr oder einer separat gegossenen Scheibe; Argon-abgeschirmter Funke
NO-Analysator
(Inertgasfusion + Wärmeleitfähigkeit / IR)
Stickstoff- und Sauerstoffgasgehalt im Stahl Kleine Probe aus massivem Stift oder Chip; Fusion in einem Graphittiegel unter Helium als Trägergas

Bei jeder Schmelze wird eine Pfannenanalyse durchgeführt. Bei der Bestellung kann eine Produkt(kontroll)analyse des fertigen Rohrs angefordert werden. Toleranzen zwischen Pfannen- und Produktanalyse sind in der geltenden Materialnorm definiert (z. B. ASTM A106, ASTM A53).

 

4. Prüfung der mechanischen Eigenschaften

4.1 Zugversuch

Standards:GB/T 228.1, ASTM A370, ISO 6892-1.

Gemessene Eigenschaften:Zugfestigkeit (Rm), Streckgrenze (ReH oder Rp0,2), Bruchdehnung (A) und Flächenverringerung (Z).

Probentypen:

  • Vollschnittexemplar- Rohr mit kleinem Durchmesser im Ist-Zustand mit verschlossenen Enden getestet.
  • Längsstreifenprobe- aus der Rohrwand parallel zur Rohrachse bearbeitet. Messlänge gemäß Norm (typischerweise 50 mm oder 5,65√S0).
  • Querstreifenprobe- senkrecht zur Rohrachse bearbeitet; Wird verwendet, wenn Quereigenschaften angegeben werden.
  • Rundstabexemplar- Ø10 mm oder Ø12,5 mm Messdurchmesser, gefertigt aus dickwandigem Rohr. Für dünnwandige Rohre mit kleinem Durchmesser können Kleinproben mit skalierter Messlänge verwendet werden.

Wichtig:Die Dehnung nach dem Bruch ist abhängig von der Messlänge. Bestätigen Sie beim Vergleichen der Werte die Länge der Probenlehre (z. B. A).50= 50 mm Spurweite vs. A5.65= Proportionalanzeige). Werte verschiedener Messlängen sind nicht direkt vergleichbar.

4.2 Schlagversuch (Charpy)

Standards:GB/T 229, ASTM A370, ISO 148-1.

Exemplare:Charpy V-Notch (CVN) ist der Standard für Druckleitungen. Standardgröße 10 × 10 × 55 mm; Proben in Untergröße (z. B. 7,5 × 10 × 55 mm, 5 × 10 × 55 mm) werden verwendet, wenn die Rohrwand für eine Probe in Originalgröße zu dünn ist. Die Ergebnisse werden in Joule (J) angegeben. - Die Angabe in J/cm² wird von den meisten modernen Standards nicht empfohlen (die Kerbfläche ist nicht proportional zur absorbierten Energie).

Prüftemperatur:Wird durch die Rohrleitungsklasse des Projekts oder die Bestellung angegeben (z. B. −20 Grad, −46 Grad). Die Probe muss bei der Testtemperatur innerhalb einer Toleranz von ±2 Grad eingeweicht und innerhalb von 5 Sekunden auf den Amboss übertragen werden.

4.3 Härtetest

Standards:Brinell gemäß GB/T 231 (ASTM E10), Rockwell gemäß GB/T 230,1 (ASTM E18), Vickers gemäß GB/T 4340,1 (ASTM E92).

Eine Härteprüfung ist erforderlich, wenn die Produktnorm dies vorschreibt (z. B. NACE MR0175 für sauren Einsatz begrenzt Kohlenstoffstahl auf maximal 22 HRC / 250 HV10). Bei nahtlosen Rohren für den allgemeinen Gebrauch ist die Härteprüfung nicht zwingend erforderlich, es sei denn, dies wird in der Bestellung verlangt.

4.4 Hydrostatischer Test

Formel:

p = 2 × S × t / D

Wo:
p=minimaler hydrostatischer Prüfdruck (MPa oder psi)
S=Ringspannung =k× SMYS, wokist der Stressfaktor gemäß Produktnorm
t=spezifizierte Wandstärke (mm oder Zoll)
D=spezifizierter Außendurchmesser (mm oder Zoll)

Spannungsfaktor (k) standardmäßig:

Standard Rohrtyp Stressfaktor (k)
API 5L Nahtlose Rohre (alle Qualitäten) 60 % von SMYS
API 5L Geschweißtes Rohr (Klasse B–X65) 85 % von SMYS
API 5L Geschweißtes Rohr (X70 und höher) 90 % von SMYS
ASTM A106 / A53 Nahtloses Rohr 60 % des SMYS (vom Hersteller-gewählter Druck)

Ausgearbeitetes Beispiel - API 5L Klasse B, NPS 12 (Außendurchmesser 323,9 mm), Wandstärke 9,53 mm:
SMYS=241 MPa → S=241 × 0.60=144.6 MPa → p=2 × 144,6 × 9,53 / 323.9 =8,5 MPa (1.233 psi).

Haltezeit: Größer als oder gleich 5 Sekunden für einen Außendurchmesser von weniger als oder gleich 457 mm; Größer oder gleich 10 Sekunden für Außendurchmesser > 457 mm. Keine Leckage oder Druckabfall zulässig.

 

5. Prüfung des Prozesses (Formbarkeit).

5.1 Abflachungstest

Standards:ISO 8492, GB/T 246, ASTM A370 (Anhang).

Prinzip:Eine aus dem Rohrende geschnittene Ringprobe wird zwischen zwei parallelen Platten komprimiert, bis der Plattenabstand den berechneten Wert erreichtH. Anschließend wird die Probe auf Risse an der Innen- und Außenfläche bei 3, 6, 9 und 12 Uhr untersucht.

H = (1 + e) × t / (e + t / D)

Wo:
H=Plattenabstand am Ende des Tests (mm)
t=spezifizierte Wandstärke (mm)
D=spezifizierter Außendurchmesser (mm)
e=Verformungskonstante (dimensionslos), definiert durch die Stahlsorte gemäß Produktnorm

Verformungskonstante (e) - typische Werte:

Standard / Klasse e Wert
ASTM A500 Klasse A 0.09
ASTM A500 Klasse B 0.07
ASTM A500 Klasse C 0.06
ASTM B861 Klasse 1, 2, 3, 7 (Kleiner oder gleich 1 im NPS) 0.04
ASTM B861 Grade 1, 2, 3, 7 (>1 im NPS) 0.06

Wichtige Hinweise zu e:Die Verformungskonstanteeist eine feste, dimensionslose Zahl, die durch die Stahlsorte in der Produktnorm - definiert wirdnicht„pro Längeneinheit“ und variiert nicht mit den Probenabmessungen. Bei Rohren mit einem D/t-Verhältnis von weniger als 10 stellen Risse, die an der 6- und 12-Uhr-Position auf der Innenfläche auftreten, keinen Grund für eine Ablehnung dar, da die geometrische Spannungskonzentration an diesen Stellen unangemessen hoch ist.

Probe:

  • Vollringprobe für Rohre mit D/t größer oder gleich 10. Für sehr dickwandige Rohre (D/t < 10) kann eine aus dem Ring geschnittene C-förmige Probe verwendet werden.
  • Probenlänge (Ringbreite): im Allgemeinen 1 bis 1,5 × AD, mit einem Minimum von 10 mm und einem Maximum von 100 mm, sofern die Produktnorm nichts anderes vorschreibt.
  • Kantengrate werden entfernt; Kanten können abgerundet oder abgeschrägt sein.

Annahme:Nach der Kompression auf H sind mit bloßem Auge keine Risse, Risse oder Laminierungen sichtbar. Bei geschweißten Rohren liegt die Schweißnaht im 90-Grad-Winkel zur Kompressionsrichtung (Punkt der maximalen Biegespannung).

5.2 Ringzugversuch

Standard:ISO 8496, GB/T 25048.

Aus dem Rohrende wird eine Ringprobe von ca. 15 mm Breite geschnitten. Zwei parallele zylindrische Stifte (Durchmesser größer oder gleich 3 × Wandstärke, sofern der Rohr-Innendurchmesser dies zulässt) werden durch den Ring eingeführt und mit einer Geschwindigkeit von höchstens 5 mm/s auseinandergezogen, bis sie brechen. Die Probe besteht die Prüfung, wenn außer dem erwarteten Bruch keine Risse auftreten. Gilt für Rohre mit Außendurchmesser > 150 mm und Innendurchmesser > 100 mm.

5.3 Bördel- und Flanschtest

Standard:ISO 8493.

Ein konischer Dorn mit einem Kegelwinkel von 30 Grad, 45 Grad oder 60 Grad (je nach Produktnorm) wird in das Rohrende gedrückt, um es auf eine bestimmte prozentuale Vergrößerung des Außendurchmessers aufzuweiten. Die Probe besteht die Prüfung, wenn keine Risse auftreten. Gilt für Rohre mit einem Außendurchmesser von höchstens 150 mm und einer Wandstärke von höchstens 10 mm.

5.4 Biegetest

Standard:ISO 8491, GB/T 244.

Eine Rohrprobe mit vollem Querschnitt wird um einen zylindrischen Dorn in einem bestimmten Winkel (normalerweise 90 Grad oder 180 Grad) gebogen, ohne dass es zu Rissen kommt. Bei dickwandigen Rohren mit großem Durchmesser, bei denen eine Abflachung nicht praktikabel ist, kann die Biegeprüfung die Abflachungsprüfung ersetzen, sofern die Produktnorm dies zulässt.

 

6. Metallografische Untersuchung

Prüfung Standard Zweck
Bewertung der Nicht-metallischen Einschlüsse GB/T 10561 (ISO 4967, ASTM E45) Bewertung der Einschlussfamilien von Sulfid (Typ A), Aluminiumoxid (Typ B), Silikat (Typ C) und kugelförmigem Oxid (Typ D) nach der Worst{0}}field-Methode. Akzeptanzgrenzen werden in der Produktnorm oder Bestellung festgelegt.
Bestimmung der Korngröße GB/T 6394 (ASTM E112) Überprüfung, ob die Mikrostruktur dem vorgesehenen Korngrößenbereich entspricht (typischerweise ASTM 5–8 für normalisierten Kohlenstoffstahl). Für Druckhalterohre wird oft eine Feinkörnung gefordert.
Überprüfung der Mikrostruktur Pro Produktstandard Bestätigung der erwarteten Mikrostruktur: Ferrit + Perlit für normalisierten Kohlenstoffstahl; angelassener Martensit oder Bainit für Legierungssorten (z. B. T22, T91, P91). Erforderlich, wenn die Spezifikation eine bestimmte Wärmebehandlungsbedingung erfordert.
Entkohlungstiefe GB/T 224 (ASTM E1077) Messung der entkohlten Oberflächenschicht für Rohre, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Oberflächenhärte oder Ermüdungsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung sind (z. B. Kesselrohre).

 

7. Dokumentation und Zertifikate

  • EN 10204 Typ 3.1 Mühlenprüfzertifikat- der Standard bei der internationalen Rohrbeschaffung. Muss Folgendes umfassen: Hitze-/Pfannenanalyse, Produktanalyse (falls bestellt), Zugtestergebnisse, Charpy-Schlagergebnisse (falls bestellt), Härteergebnisse (falls bestellt), hydrostatischer Testdruck und Haltezeit für jedes Rohr sowie Prozesstestergebnisse (Abflachen, Aufweiten) mit Wärmeverfolgung.
  • NTE-Berichte- UT-, ET- und MFL-Aufzeichnungen pro Rohr mit Kalibrierungsaufzeichnungen, Referenzstandarddetails und Akzeptanzkriterien.
  • Aufzeichnungen über hydrostatische Tests- Druck-Zeit-Diagramm für jedes Rohr oder, für Mehrrohrtester, ein Protokoll mit Rohrnummern, Prüfdrücken und Haltezeiten.
  • Inspektionsberichte Dritter- sofern angegeben, Berichte von SGS, Bureau Veritas, TÜV oder Lloyd's Register, die den Nachweis der Prüfung und Maßverifizierung bestätigen.
  • EN 10204 Typ 3.2-Zertifikat- wie Typ 3.1, jedoch von einem unabhängigen Drittprüfer validiert und signiert. Erforderlich durch einige Endbenutzerspezifikationen und für Druckgeräte gemäß PED 2014/68/EU.
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Prüfung und Inspektion nahtloser Rohre

Seamless Pipes Test And Inspection

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8. FAQ

F1: Welche NDE-Methode eignet sich am besten zum Erkennen von Rissen in nahtlosen Stahlrohren?

Die Ultraschallprüfung (UT) gemäß GB/T 5777 oder ASTM E213 ist die erste Wahl für interne und oberflächenbrechende rissartige Defekte in gleichmäßigen Materialien - sie bietet eine vollständige volumetrische Abdeckung des Rohrkörpers. Bei ferromagnetischen Rohren erhöht die magnetische Streuflussprüfung (gemäß GB/T 12606) oder die Magnetpartikelprüfung (MT, gemäß ASTM E709) die oberflächennahe Empfindlichkeit, die UT in der Totzone möglicherweise übersehen kann. Wirbelstromprüfungen (ET, gemäß GB/T 7735 oder ASTM E309) werden für nadelstichartige Oberflächendefekte in ferromagnetischen und nichtferromagnetischen Rohren bevorzugt. In der Praxis betreiben viele Fabriken kombinierte UT + ET- oder UT + MFL-Linien, um das gesamte Fehlerspektrum abzudecken.

 

F2: Wie lautet die Formel für den hydrostatischen Prüfdruck und welchen Belastungsfaktor sollte ich verwenden?

Die Standardformel lautet p=2 × S × t / D (Barlow-Formel). Die Umfangsspannung S wird als S=k × SMYS berechnet, wobei k der durch die Produktnorm definierte Spannungsfaktor ist:k = 0.60für nahtlose Rohre API 5L und nahtlose Rohre ASTM A106/A53;k = 0.85für API 5L-geschweißte Rohre bis Klasse X65;k = 0.90für API 5L-geschweißte Rohre der Güteklasse X70 und höher. Überprüfen Sie immer dieaktuelle AusgabeIhres Produktstandards - Einige Endbenutzerspezifikationen setzen den Standardstressfaktor außer Kraft. Die Haltezeit beträgt typischerweise 5–10 Sekunden pro API 5L; Für die Systemdruckprüfung gemäß ASME B31.3 sind längere Haltezeiten (30 Sekunden bis 2 Stunden) erforderlich.

 

F3: Werden diese Tests für jedes Rohr oder pro Charge durchgeführt?

100 %-Test:An jedem Rohr werden Maßprüfungen, visuelle Oberflächenprüfungen, hydrostatische Prüfungen (jedes Rohr) und eine automatisierte Ganzkörper-ZfP (UT, ET, MFL gemäß Produktnorm) durchgeführt.
Probenahme pro Charge:Zerstörende Tests - Zug-, Charpy-Schlag-, Abflachungs-, Aufweitungs- und Biegetests - werden an Proben durchgeführt, die aus repräsentativen Rohren pro Wärmebehandlungslos entnommen wurden. ASTM A106 erfordert beispielsweise einen Zugversuch pro Wärme- und Wärmebehandlungslos (für Lose von weniger als oder gleich 100 Rohren gleicher Größe und Wandung). Die chemische Analyse erfolgt pro Schmelze (Pfannenanalyse vom Stahlhersteller); Eine Produktkontrollanalyse am fertigen Rohr wird nur dann durchgeführt, wenn dies in der Bestellung angegeben ist.

 

F4: Auf welche Normen wird für die Prüfung nahtloser Stahlrohre verwiesen?

Die wichtigsten Prüfnormen sind: GB/T 228.1 / ASTM A370 / ISO 6892-1 (Zug); GB/T 229 / ASTM A370 (Charpy-Schlagzähigkeit); GB/T 5777 / ASTM E213 (Ultraschallprüfung);GB/T 7735/ ASTM E309 (Wirbelstromprüfung); GB/T 12606 (Prüfung des magnetischen Streuflusses - nur für ferromagnetische Rohre); ASTM E709 (Magnetpartikelprüfung); ASTM E165 (Eindringprüfung von Flüssigkeiten); GB/T 10561 / ASTM E45 (Bewertung nichtmetallischer Einschlüsse); GB/T 246 / ISO 8492 (Abflachungstest); ISO 8496 / GB/T 25048 (Ringzugversuch); ISO 8493 (Bördeltest). Für Leitungsrohre stellt API 5L hydrostatische und NDE-Anforderungen auf Produktebene bereit. Hinweis: GB/T 7735, nicht GB/T 12606, ist der chinesische nationale Standard für die Wirbelstromprüfung von Stahlrohren. GB/T 12606 deckt die Prüfung des magnetischen Streuflusses ab.

 

F5: Wie wird der Abstand H der Abflachungstestplatte berechnet und welche Fehler sollte ich vermeiden?

Die Formel lautet H=(1 + e) × t / (e + t/D). Drei häufige Fehler:

  1. Verwendung des falschen e-Werts- e wird durch die Stahlsorte in der Produktnorm definiert und ist keine universelle Konstante. Überprüfen Sie Ihren Produktstandard: e=0.07 für A500 Gr. B, e=0.06 für Gr. C usw. Gehen Sie nicht davon aus, dass 0,07–0,08 für alle Klassen gilt.
  2. Behandeln von e als „pro Längeneinheit“- e ist eine dimensionslose Konstante, keine Rate. Der Wert ist pro Güteklasse festgelegt und skaliert nicht mit den Probenabmessungen.
  3. Ablehnung des Rohrs aufgrund von Rissen an der Innenfläche bei 6 und 12 Uhr für D/t < 10--Produktnormen nehmen diese Risse ausdrücklich von den Ablehnungskriterien aus, da die geometrische Spannungskonzentration bei niedrigen D/t-Verhältnissen unvermeidbar ist.