Dr. Tobias Loose Schweißsimulation FabWeld Fertigungssimulation Welding Simulation Dr. Loose GmbH

Wärmeführung


Eine optimale Auslegung der Streckenenergie und Vorwärmtemperatur zur Erzielung gewünschter Nahteigenschaften ist in der Serienfertigung erforderlich.


Wir kontrolieren für unsere Kunden mit Hilfe der Wärmeführung die Bauteilerwärmung beim Schweißen.


Mit Weldware® oder JMatPro kann die Gefügeentstehung durch das Schweißen aus dem Temperaturverlauf oder der Abkühlrate bestimmt werden.


Damit eine bestimmtes Gefüge mit vorgegebenenen mechanischen Eigenschaften entsteht, wird eine definierte Abkühlrate benötigt. 


Die Abkühlrate läßt sich über Streckenenergie und Vorwärmtemperatur steuern. Mit der Wärmeführung werden diese beiden Parameter ausgelegt. Das numerische Tool zur Temperaturfeldberechnung ist die Schweißstruktursimulation.

Durch das Schweißen wird der Werkstoffzustand in der Wärmeeinflusszone und in der Naht verändert.Bei umwandelnden Stählen treten Gefügeumwandlungen auf. Diese hängen vom Werkstoff und dem Temperaturzyklus ab. Der Temperaturzyklus, der Zeit-Temperatur-Verlauf an einer Bewertungsstelle, wird für komplexere Bauteile aus der Schweisstruktursimulation berechnet. In die Temperaturfeldberechnung gehen die Blechdickenverhältnisse oder Massenverhältnisse der angrenzenden Bauteile ebenso ein wie die Materialspezifische Wärmeleitfähigkeit. 


Bei umwandelnden Stählen wird für jede Stahlsorte respektive der chemischen Analyse der verwendeten Charge die Umwandlung über das Schweiß-ZTU Diagramm beschrieben. Schweiß-ZTU Diagramme können dem schweißtechnischen Beratungstool WeldWare® entnommen werden. Eine große Anzahl versuchstechnisch bestimmter Schweiß-ZTU Diagramme liegt WeldWare® zugrunde. Die Daten werden über Regressionsgleichungen verknüpft, so daß sie für beliebige Chargen der jeweiligen Stahlsorte ausgewertet werden können. Ausgehend von der Abkühlrate, der T8,5/5-Zeit, liefert WeldWare® die Information über Gefügezusammensetzung, mechanischen Festigkeiten, Bruchdehnung und Härte.


Die T8,5/5-Zeit wird aus dem Temperaturzyklus, der mit der Fertigungssimulation berechnet wird, abgeleitet. Damit ein Gefüge mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften eingestellt werden kann, darf eine gewisse T8,5/5-Zeit nicht unterschritten werden. Um dies sicherzustellen ist eine bestimmte Streckenenergie oder Vorwärmtemperatur einzuhalten. Die Auslegung dieser Parameter zur Einhaltung der Abkühlzeit wird Wärmeführung genannt. Je dickwandiger die Bauteile sind, um so kritischer wird die Wärmeableitung und um so wichtiger ist die Auslegung der Wärmeführung.


Simulationsbasiert kann auch evaluiert werden, ob die Vorwärmtemperatur über die Nahtfolgegeschwindigkeit gehalten wird, ansteigt oder mit zunehmendem Lagenaufbau abnimmt. Das folgende Bild zeigt am Beispiel eines sehr dickwandigen Pressenträgers den Temperaturverlauf für die Halskehlnaht im nahtangrenzenden Bereich. Die Temperaturzyklen sind für drei Vorwärmtemperaturen und für eine langsame Raupenfolge dargestellt. Die Temperatur nimmt bei langsamer Raupenfolge von Raupe zu Raupe beständig ab. Ab einer gewissen Raupenfolgefrequenz tritt der Zustand ein, bei dem die Temperatur beständig zunimmt.


Ein gewünschter Temperaturverlauf, die Zwischenlagentemperatur und ob diese über den Füllverlauf konstant bleibt kann über die Simulation vorausberechnet und eingestellt werden.

Wärmeführung Schweißsimulation Dr. Tobias Loose

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