Projektkurzbeschreibung

Entwicklung und Qualifizierung einer modifizierten äquivalenten Wärmequelle für die Simulation der Wärmeeinbringung beim Lichtbogenschweißen

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
BMWi
Laufzeit:
01.01.2014 bis 31.08.2016
Projektnummer:
17.942 N

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Der vorliegende Abschlussbericht behandelt eine für die Struktursimulation relevante Weiterentwicklung der Formulierung der Wärmequellenbeschreibung für das Lichtbogenschweißen im Ein- und Mehrdrahtverfahren.

Schweißprozesse führen aufgrund der starken zeitabhängigen und örtlich konzentrierten Wärmeeinbringung in realen Bauteilen fast immer zu einer Verformung der Struktur. Die Simulation bietet eine gute Möglichkeit, um sowohl die Eigenspannung und Verzug als auch Gefügeumwandlungen zu berechnen und zu untersuchen. Die wichtigste Voraussetzung, um die Wärmewirkung mittels FEM-basierter Simulationspakete zu berechnen, ist eine geeignete Wärmequellenbeschreibung, welche eine gute Übereinstimmung der numerischen Simulationsergebnisse mit den realen Temperaturverhältnissen beim Lichtbogenschweißen gewährleistet.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine neue Wärmequellenbeschreibung für das Eindraht- und für das Mehrdrahtschweißen entwickelt und qualifiziert.

Dazu wird eine verteilte Volumenwärmequelle auf Basis der doppelellipsoiden Wärmequelle nach Goldak in zwei Phasen modifiziert und so eine präzisere Wärmeeinbringung bei der Simulation ermöglicht. In der ersten Phase wird die Verteilungsfunktion verändert, so dass die Intensität im Zentrum der Verteilung reduziert ist, während sie am Rand stark erhöht ist. Dies ist entspricht in etwa dem Effekt, den die Strömungen im Schmelzbad haben. In der zweiten Phase wird der hintere Teil der Verteilung nach oben in die Schweißnahtüberhöhung gehoben.

Für das Mehrdrahtschweißen wird eine Methode für die Anwendung dieser
Modifikation entwickelt.

Die resultierenden Schweißnahtgeometrien werden verglichen mit denen, die mit der ursprünglichen Wärmequelle nach Goldak simuliert wurden, sowie mit realen Schweißversuchen. Aus dem Vergleich ergibt sich eine deutliche Verbesserung durch die Modifikation in der Übereinstimmung mit Ergebnissen der realen Versuche und als deren Folge auch des Temperaturfeldes.

Für eine direkte Umsetzung der Ergebnisse für den Anwender wurden Subroutinen programmiert, die die Verwendung der Modifikation in der gebräuchlichen Schweißstruktursimulationssoftware SYSWELD und DynaWeld erlauben. Für das FEM-Programm simufact.welding ist es nach dem Projektende geplant.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.


Das IGF-Vorhaben 17.942N der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V wurde über das BMWi im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Der Schlussbericht des Vorhabens kann bei der Forschungsstelle angefordert werden.