Eigenschaftsverbesserung von Plasma-MIG-auftraggeschweißten Bauteilen durch Prozesssimulation und -optimierung
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aufbauend auf die erzielten Ergebnisse in der ersten Ahtragsphase wurden die nicht vollständigen Untersuchungsarbeiten fertig bearbeitet. Dies betrifft die Übertragung und Erweiterung des erarbeiteten thermomechanischen FE-Modelles auf komplexe Prozessabläufe, wie z. B. Pendel- und Mehrlagenschweißung zur Ermittlung der Temperaturfelder, Verformungen und Eigenspannungen an Plasma-MlG-auftraggeschweißten Bauteilen. Weiterhin betrifft es die dazu notwendigen experimentellen Untersuchungen hinsichtlich der Prozessdiagnostik beim Pendelschweißen und der therrnomechanischen Eigenschaften der AuftragsqualitäL Es konnten dabei anhand der durchgeführten systematischen experimentellen Untersuchungen und Messungen zur Prozessdiagnostik die Form und Abmessungen der kombinierten Lichtbögen in Abhängigkeit der Prozessparameter ermittelt und die daraus entstehenden physikalische Effekte bewertet werden. Desweiteren wurden auch die thermomechanischen Eigenschaften für breite und dicke auftraggeschweißte Schichten (Nahtgeometrie, Härteverlauf, Gefügeanalyse und Thermografie) bestimmt. Mittels des erarbeiteten mathematisch-numerischen FE-Modells wurden verschiedene thermomechanische Aspekte des Plasma-MIG-Auftragschweißens untersucht. So konnten für breite und dicke Auftragschweißungen die dabei entstehenden Verformungs- und Eigenspannungszustände an diesen Bauteilen ermittelt und analysiert werden. Daraus können die notwendigen konstruktiv-technologischen Maßnahmen für deren Optimierung während der Herstellung vorgeschlagen werden, um rissfreie Nähte und geringe Spannungen und Verformungen an den Bauteilen zu erreichen. Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen wurde eine Wärmequelle für das Plasma-MIG-Pendelschweißen unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Verfahrens und der Pendelschweißung erarbeitet und modelliert. Dies geschah in Form einer bewegten Lichtbogenwärmequelle mit deren Verfahrensprozessspezifikation. Dabei wurden FE-Simulationen zur Temperaturfeldberechnung und darauf aufbauend die thermischelastisch-plastische strukturmechanische Berechnung der schweißbedingten Verformungen und Eigenspannungen durchgeführt. Es konnten mit dem aufgestellten Berechnungsmodell die Besonderheiten des Plasma-MIG-Auftragschweißens, wie unterschiedliche physikalische Effekte des Plasma-MIG-Lichtbogens, der Einfluss des Wärmeeintrages durch die Änderung der Schweißparameter und der Mehrlagentechnik auf die Ausbildung der Verformungen und Eigenspannungen an den geschweißten Bauteilen bestimmt werden. Die aus den durchgeführten FE-Simulationen ermittelten Verteilungen der Temperatur, der Verformungen und der Eigenspannungen sowie der berechneten Nahtgeometrie an Plasma-MlG-auftraggeschweißten Proben zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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9th Seminar Numerical Analysis of Weldability, Graz, Austria, 28. - 30. Sept 2009. „Simulation of weld pool in plasma-MIG deposition welding"
