Schweißen Dickwandige Bauteile schweißen

Das FOSTA-Forschungsvorhaben "Optimierung von Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile" unter der Leitung von Professor Rethmeier durch die Mitarbeiter der Fachgruppe V.5 "Sicherheit gefügter Bauteile" der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurde erfolgreich abgeschlossen.

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SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

Ruderer Klebetechnik GmbH

FOSTA Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V.

Beim Schweißen dickwandiger Bauteile erfodern die thermophysikalischen und thermomechanischen Vorgänge beim Mehrlagenschweißen hohe Anforderungen an die Schweißsimulationssoftware. Dazu gehören auch die während des Fügeprozesses induzierten Verzüge und Eigenspannungen in das gefertigte Bauteil, mit denen die Fertigungsqualität beurteilt werden kann. Gerade in dickwandigen Bauteilen ist der Spannungszustand sowohl bedingt durch die konstruktive Steifigkeit der einzelnen Bauteile sowie der gesamten Baugruppe als auch aufgrund zusätzlicher externer Einspannvorrichtungen bei der Fertigung überaus komplex. Hinzu kommen bei Werkstoffen mit Phasenumwandlung noch die metallurgisch verursachten Spannungszustände und bei mehrlagig ausgeführten Schweißverbindungen die wiederholte thermische und umwandlungsbedingte Spannungsausbildung, so dass eine überschlägige Abschätzung des gesamten Verformungs- und Spannungszustandes auch für Experten in der Regel nicht mehr möglich ist. Die vorherrschenden Verformungen und Spannungen bestimmen jedoch maßgeblich die Eigenbeanspruchung der Schweißkonstruktion und damit deren Belastbarkeit im Betrieb. Eine genaue Kenntnis dieser Daten würde wertvolle Informationen zur Qualitätsoptimierung des Endproduktes liefern.

Verzug und Eigenspannungen optimieren

Ziel des Vorhabens war die Untersuchung, Bewertung und Vorhersage schweißbedingter Verzüge und Eigenspannungen bei Mehrlagenschweißungen am unlegierten Baustahl S355J2+N. Dabei stellen die Aspekte Phasenumwandlung und Anlassverhalten einen Kernpunkt der numerischen Untersuchungen dar. Die Ergebnisse der durchgeführten Analysen sollen Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile optimieren. Zudem stehen die Praktikabilität bzw. Anwendbarkeit der verwendeten Finite-Element-Software in Hinblick auf realitätsnahe Abbildung der ablaufenden Prozesse, Rechenzeit und Nutzeranforderungen jederzeit im Fokus des Vorhabens.

Geometrische Einflüsse analysieren

Die Untersuchungen reichten von der einlagigen Schweißprobe bis zum vierlagig geschweißten Versuchsblech mit hoher Bauteilanalogie. Damit konnten die geometrischen Einflüssen (Blechlänge, Heftstellen, An- und Auslaufblechen) und Phasenumwandlungen auf die numerische Berechnung von schweißbedingten Eigenspannungen und Verzügen analysiert werden. Potentiale zur Optimierung der Berechnung von Eigenspannungen und Verzügen im Zusammenhang mit dem Umwandlungsverhalten wurden aufgezeigt. Zusätzlich werden mit Hilfe eines Mehrlagenmodells die Möglichkeiten der Schweißsimulation zur Vorhersage von Eigenspannungen und Verzug sowie zur Sensitivitätsanalyse von relevanten Prozessgrößen, z.B. Vorwärm- oder Zwischenlagentemperatur, dargestellt.

Das IGF-Vorhaben 15746 N (P 784) "Optimierung von Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile" der FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministeriums Wirtschaft und Technlogie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. (jus)

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