Schweißsimulation und Lichtbogenschweißen

Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe teilen sich in die Gebiete der Schweißsimulation und des Lichtbogenschweißens auf, wobei jedoch eine enge Verknüpfung zwischen beiden Themen besteht.

Das Gebiet der Schweißsimulation beschäftigt sich vorrangig mit der Berechnung schweißbedingter Temperaturfelder, Verzüge und Spannungen. Das langfristige Ziel der Forschungsaktivitäten ist die rechnerisch unterstütze Vorhersage, Analyse und Optimierung geschweißter Bauteile hinsichtlich des Schweißverzugs und der Eigenspannungen. Weiterhin wird die Berechnung der Heiß- und Kaltrissphänomene an Schweißnähten vorangetrieben. Zur Erfüllung dieser Ziele werden die zurzeit verfügbaren Methoden der Schweißsimulation übergreifend in allen Arbeitsgruppen zur Unterstützung laufender Projekte angewendet und für den sicheren Einsatz qualifiziert. Darüber hinaus werden diese Methoden kontinuierlich weiterentwickelt, um die vorhandenen Anforderungen an die Rechenzeit und Bauteilgröße, die erreichbare Ergebnisgenauigkeit sowie die Bedienbarkeit zukünftig besser erfüllen zu können und so die Schweißsimulation als Standardwerkzeug in der industriellen Produktentwicklung zu etablieren.

Das Gebiet des Lichtbogenschweißens deckt hauptsächlich die Schweißbarkeitsuntersuchungen neuartiger Hochleistungs- sowie energiereduzierter Lichtbogenverfahren und neuer Werkstoffe ab. Hier werden Kombinationen aus neuen Verfahren und aktuellen sowie zukünftigen Werkstoffen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Heiß- und Kaltrissanfälligkeit geschweißter Bauteile überprüft. Für diese Untersuchungen steht ein eigenes, mit verschiedenen Stromquellen, Handhabungsvorrichtungen (Roboter, Dreh-Kipp-Tisch, Linearfahrwerk) ausgestattetes Lichtbogenlabor zur Verfügung. Darüber hinaus besteht eine enge Zusammenarbeit mit den anderen Arbeitsgruppen, vor allem der Bauteilprüfung und dem Laserstrahl- und Hybridschweißen.

Für beide Gebiete steht die erforderliche Messtechnik zur Datenaufnahme, Auswertung und Beurteilung der Schweißergebnisse sowie zur experimentellen Validierung der Simulationen direkt in der Fachgruppe zur Verfügung. Damit ist eine durchgängige und hochwertige Analyse der erarbeiteten Ergebnisse für die verschiedenen Aufgabenstellungen sichergestellt.

Ziele und Arbeitsschwerpunkte

• Schweißsimulation
  • Entwicklung neuer Wärmequellenmodelle für die effektive Temperaturfeldgenerierung
  • Sensitivitätsanalyse des Umwandlungsverhaltens im Hinblick auf die berechneten Eigenspannungen
  • Analyse des Heißrissverhaltens geschweißter Bauteile
  • Berechnung des Umwandlungsverhaltens, der Eigenspannungen und der Verzüge beim Mehrlagenschweißen dicker Bleche
  • Verzugs- und Eigenspannungsoptimierung realer Bauteile aus der Industrie
  • Analyse und Verbesserung der Vergleichbarkeit eigenbeanspruchter Kaltrisstests
  • Mitarbeit im DIN/NAS zur Normung der Schweißsimulation
    
• Lichtbogenschweißen
  • Schweißeignungsuntersuchungen neuartiger Hochleistungs- sowie energiereduzierter Lichtbogenverfahren und neuer Werkstoffe
  • Bewertung der Lichtbogenschweißverfahren hinsichtlich ihres Einflusses auf Heiß- und Kaltrissanfälligkeit 

Ausstattung

• Schweißsimulation
  • Ansys, Sysweld
  • eigene Codes (analytisch, neuronale Netze, Hybridmodelle)
    
• Lichtbogenschweißen
  • Vielzahl modernster volldigitaler Schweißstromquellen
  • MIG- / MAG-Schweißen
  • WIG-Schweißen
  • Unterpulverschweißen
  • Elektroden-Handschweißen
  • Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißen
    
• Messtechnik, unter anderem
  • Hochgeschwindigkeitskamera
  • Thermokamera
  • Thermoelemente
  • optische 3D-Verzugsmessung
  • induktive Wegaufnehmer

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