Bauteilverzug im Vorfeld abschätzen

Beim Schweißen kommt es im Bauteil unweigerlich zu einer Wärmeeinbringung, der zu Materialveränderung und zu Bauteilverzug führt. Mit einem Simulationsmodell kann Time den Verzug im Vorfeld der Schweißung abschätzen, um Gegenmaßnahmen einzuleiten.

14. September 2018
Der Vergleich zwischen Simulation und Schweißversuch zeigt, wie genau die Simulation bereits die Realität abbildet. (Bild: Time)
Bild 1: Bauteilverzug im Vorfeld abschätzen (Der Vergleich zwischen Simulation und Schweißversuch zeigt, wie genau die Simulation bereits die Realität abbildet. (Bild: Time))

„Beim Verschweißen von Bauteilen entstehen als Folge der Erwärmungs- und Abkühlphasen elastisch-plastische Veränderungen des Werkstoffgefüges und des Bauteilvolumens. Diese führen zu Eigenspannungen und Formänderungen in der Schweißkonstruktion“, erklärt Time-Mitarbeiter Tobias Girresser. „Der dabei auftretende Verzug zieht in der Regel teure Nachbearbeiten nach sich.“ Daher müssen bei Schweißprozessen aufwendige Abläufe beachtet werden, die einen hohen Einfluss auf den Verzug haben.

Maßnahmen ableiten

„Diese Einflüsse können wir mit der FEM-Methode simulieren und entsprechende Maßnahmen daraus ableiten“, so Girresser. Im Detail sieht das so aus: Um den Verzug im Vorfeld der Schweißung abschätzen und günstig beeinflussen zu können, setzt Time mit der Software Ansys jetzt die Schweißstruktursimulation auf der Grundlage der FEM ein und bietet damit eine Unterstützung, um Bauteile besser zu dimensionieren und den Schweißvorgang so zu organisieren, dass die Bauteilveränderung während des MIG-, MAG- und WIG-Prozesses minimiert wird.

„Mithilfe gekoppelter Simulationen können wir die Einwirkung der hohen Temperaturen beim Schweißen auf die Konstruktion berücksichtigen“, erklärt Tobias Girresser. Dabei wird zunächst das von den Schweißparametern abhängige Temperaturfeld berechnet und nachfolgend als Randbedingung für die Verzugssimulation verwendet. Anstelle des Schweißlichtbogens wird eine Wärmequelle verwendet, die sich mit der Schweißgeschwindigkeit entlang des Schweißpfades bewegt. Dabei wird die Schweißnaht stückweise erstellt.

„Vor der Berechnung des Verzugs passen wir iterativ den Wirkungsgrad und die Abmessungen der Wärmequelle mithilfe von Kalibrierversuchen an. Dafür werden in der Nähe der Schweißnaht während des Schweißvorgangs die Temperaturen mit Thermoelementen messtechnisch erfasst und dann mit den Simulationsergebnissen verglichen“, sagt Tobias Girresser. Besteht eine Übereinstimmung der Temperaturwerte, ist die Wärmequelle kalibriert.

Nacharbeiten und Ausschuss verringert

„Mit dieser Simulation können unsere Kunden im Vorfeld ihre Schweißvorgänge besser planen und auf das jeweilige Bauteil abstimmen. Optimierte Fertigungszeiten, weniger Nacharbeiten und Ausschuss sind die Vorteile“, fasst Tobias Girresser zusammen.