Beschreibung
P 708 – Untersuchung der strukturellen Stabilität von Modellen zur Schweißverzugssimulation bei Stahlwerkstoffen
Aufgrund technologischer und wirtschaftlicher Vorteile ist das Schweißen mit Laserstrahlung insbesondere bei metallischen Werkstoffen in der industriellen Anwendung etabliert. Der Einsatz der Schweißsimulation fördert das Prozessverständnis und erlaubt die Betrachtung und Minimierung von Eigenspannungszuständen und Verzügen in der Prozessplanung.
Inhalt des Vorhabens ist es, eine Vielzahl von existierenden Vorgehensweisen zur Ermittlung des Verzugs beim Schweißen von Stahlwerkstoffen auf die strukturelle Stabilität der verwendeten mathematisch-physikalischen Ersatzmodelle hin zu untersuchen. Insbesondere das Zusammenspiel von Schweißprozess- und Schweißverzugssimulation stehen dabei im Mittelpunkt der Betrachtungen. Die Komplexität der Wechselwirkung der physikalischen Phänomene des Schweißprozesses auf die bearbeitete Bauteilstruktur erfordert das Auffinden stark abstrahierter bzw. reduzierter Modelle im Hinblick auf einen effizienten Einsatz von Simulationsrechnungen in der industriellen Anwendung.
Um den Anwender der Simulation bei der Auswahl der einsetzbaren Modelle für seinen spezifischen Anwendungsfall unterstützen zu können, werden die Grenzen der Gültigkeit unterschiedlich reduzierter Modelle zur Berechnung des Verzugs und der Temperatur im Bauteil ermittelt. Die zu empfehlende Auswahl der Methoden hängt von der Bauteilkomplexität und von den Randbedingungen des Schweißprozesses ab. Dazu werden drei Bauteile mit stark unterschiedlicher Größe und voneinander abweichendem Strukturverhalten untersucht: Zahnrad (kompaktes Bauteil mittlerer Größe), Schweller (Strukturbauteil aus der Automobilindustrie) und Einspritzdüse (Mikrobauteil). Die Fokussierung des Projekts auf den Werkstoff Stahl erfordert zwingend die Berücksichtigung der Phasenübergänge in der festen Phase. Die Relevanz verschiedener Phasenübergangsmodelle für die Qualität des berechneten Bauteilverzugs wird für verschiedene bauteiltypische Stahlwerkstoffe untersucht. Das projektbegleitende Industriekonsortium unterstützt die Forschungsstellen bei der Untersuchung der Anwendbarkeit der bestehenden Simulationsmethoden hinsichtlich der Eigenschaften der betrachteten Werkstoffe und deren mögliche Einbindung in die Struktursimulation. Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden die Analyseergebnisse bzw. Prozesskennwerte von real durchgeführten Schweißprozessen der einzelnen Bauteile herangezogen.
Autoren:
M. Zäh, T. Föckerer, A. Schober, W. Schulz, S. Pfeiffer
Veröffentlichung:
2010
