FG Füge- und Schweißtechnik
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Im vorgestellten Projekt wurden werkstoff- und konstuktionsgerechte Knotenformen aus Aluminiumschaumsandwich (engl. Aluminium Foam Sandwich, AFS) gestaltet und mit unterschiedlichen Schweißverfahren wie dem Metall-Inertgasschweißen und dem Rührreibschweißen gefügt und geprüft. Im Rahmen der Arbeiten stand dabei die schweißtechnische Verarbeitung von AFS mit anderen Produkten, wie den Strangpressprofilen oder dem Aluminiumvollmaterial, und deren Beanspruchbarkeit im Vordergrund. In umfangreichen Untersuchungen wurden hierzu sowohl die Verbindugsknoten selbst als auch der Sandwichverbund und die Einzelkomponenten des Sandwich, Schaum und Decklagen, anhand der statischen Festigkeit und Schwingfestigkeit bewertet. Zusätzlich wurden innere Schädigungsmechanismen betrachtet. Mit experimentellen und numerischen Nachweismethoden konnte die anwendungssichere Knotengestaltung, -anbindung und -berechnung der unterschiedlichen Verbindungstypen umgesetzt werden. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Nachweisführung gegenübergestellt und hinsichtlich eines praxisgerechten Einsatzes nach FKM-Richtlinie bzw. Eurocode9 bewertet. Mit den ermittelten Ergebnissen wurde die bisherige Gestaltungs- und Fügerichtlinie um neue Verbindungstypen erweitert.
Das Widerstandspunktschweißen ist ein weit verbreitetes Schweißverfahren, insbesondere bei der Karosserieherstellung in der Automobilbranche. Im Hinblick auf den Leichtbau werden zunehmend Aluminiumlegierungen verwendet. Das Hauptproblem beim Widerstandspunktschweißen von Aluminiumlegierungen ist der schnelle Elektrodenverschleiß. Dadurch wird die Qualität und Effizienz des Schweißprozesses beeinträchtigt. Die Elektrodenstandmenge ist erreicht, wenn die Schweißverbindung eines der Qualitätskriterien nicht erfüllt. Um die Elektrodenstandmenge zu ermitteln, werden in der Industrie im Rahmen der Schweißnahtqualifizierung zeit- und ressourcenaufwändige Methoden, u. a. zerstörende Prüfmethoden, verwendet. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Vorhersage des kritischen Elektrodenverschleißes beim Aluminiumschweißen durch Messung des dynamischen Widerstandes vorgeschlagen. In umfangreichen Versuchsreihen an einer automobiltypischen Al-Legierung der 5000er Gruppe wurden dynamische Widerstandsmessungen durchgeführt. Aus den Widerstandsmesswerten konnte ein Indikator ermittelt werden, welcher auf das Auftreten von Poren in Schweißverbindung und auf einen bald auftretenden kritischen Elektrodenverschleiß hinweist.
Dieser Beitrag stellt eine Entwicklung, Anpassung und Untersuchung der neuartigen Pinschweißtechnik zur Verbindung thermoplastischer Faserkunststoffverbunde mit metallischen Fügepartnern dar. Die untersuchte Fügetechnik bietet, im Vergleich zu anderen Verfahren, neben einer einseitigen Zugänglichkeit, ein hohes Leichtbaupotenzial. An Multimaterial-Einzelpinverbindungen wurden die CMT-Pinschweißbarkeit charakterisiert und unterschiedliche Fügestrategien erprobt und ausgewertet. Als Bewertungskriterien wurden das Schweißgut sowie der Faser- und Matrixerhalt in Abhängigkeit von den Schweißparametern untersucht. Die mechanische Beanspruchbarkeit der mit dem entwickelten Verfahren erstellten Verbindungen wurde in Scherzugversuchen ermittelt. An Mehrpinverbindungen wurde anschließend der Einfluss der Pinanordnung untersucht und die Auslegung der Fügezone analysiert. Der Fügeprozess wurde an Funktionsmustern und diese wiederum in 3-Punkt-Biegeversuchen validiert sowie mit dem Kleben verglichen.
Neuartige, werkstoffgerechte Fügeverfahren für Faserkunststoffverbunde setzen die Erwärmung der Materialien voraus. Um die damit verbundenen komplexen Temperaturfelder und -verläufe vorherzusagen, haben das Fraunhofer IAP und die BTU Cottbus-Senftenberg numerische Verfahren entwickelt. Mit diesen können auch verschiedene Strahlungsquellen und Prozessabläufe simuliert werden.
Das pulverbasierte 3D-Metalldrucken ermöglicht die Fertigung von hochkomplexen Integralbauteilen, die als Trägerstruktur für Mikroreaktoren benutzt werden. Nach einer Beschichtung der Struktur mit einem Katalysatormaterial, können diese Mikroreaktoren höchst effizient für die CO2-Methanisierung eingesetzt werden. Durch die additive Fertigung mit dem selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM) wurden adaptierte dreidimensionale periodische Gitterstrukturen mit sehr geringen Wandstärken hergestellt. Diese weisen ein sehr günstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (TPMS - Triply periodic minimal surface) auf. Des Weiteren zeigen die TPMS-Strukturen vorteilhafte Strömungseigenschaften, die sowohl für die Beschichtung mit dem Katalysator-Material als auch die Durchströmung mit den Reaktionsmedien im Betrieb essentiell sind. So ist es beispielsweise möglich, durch die Variation der Dimension einer TPMS-Struktur die Oberfläche pro Volumeneinheit, den hydraulischen Durchmesser des Reaktors und somit auch den Transportprozess des Fluids deutlich zu verbessern. Diese Faktoren ermöglichen eine effektivere Gas-Katalysator-Reaktion. Im Vergleich zu Mikroreaktorstrukturen aus den traditionellen Herstellungsverfahren liefern die additiv gefertigten Strukturen sowohl eine höhere CO2-Umwandlungsrate als auch eine CH4-Selektivität innerhalb des diffusionskontrollierten Bereichs.
Im vorgestellten Projekt wurden werkstoff- und konstruktionsgerechte Knotenformen aus Aluminiumschaumsandwich gestaltet und mit unterschiedlichen Schweißverfahren, wie dem Metall-Inertgas-Schweißen und dem Rührreibschweißen, gefügt und geprüft. In umfangreichen Untersuchungen wurden die Knoten, der Sandwichverbund und die Einzelkomponenten des Sandwich, Schaum und Decklagen, anhand der statischen Festigkeit und Schwingfestigkeit bewertet. Zusätzlich wurden innere Schädigungsmechanismen betrachtet. Mit experimentellen und numerischen Nachweismethoden konnte die anwendungssichere Knotengestaltung, -anbindung und -berechnung der unterschiedlichen Verbindungstypen umgesetzt werden. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Nachweisführung gegenübergestellt und hinsichtlich eines praxisgerechten Einsatzes nach FKM-Richtlinie bzw. Eurocode9 bewertet. Mit den ermittelten Ergebnissen wurde die bisherige Gestaltungs- und Fügerichtlinie um neue Verbindungstypen erweitert.
Durch den strukturellen Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) lassen sich hochwertige gewichtsoptimierte Karosserien in Mischbauweise umsetzen. Die untersuchte CMT-Pin-Schweißtechnik zur Verbindung von thermoplastischen Organoblechen mit Stählen bietet, im Vergleich zu anderen Verfahren, neben einer einseitigen Zugänglichkeit, ein hohes Leichtbaupotenzial. Das Vorhaben wurde auf eine werkstoff-, prozess- und konstruktionsgerechte Umsetzung des Verfahrens ausgerichtet.
Auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen wurde eine Methode zum Vorwärmen von Organoblechen mittels Infrarotstrahlung entwickelt. Die Eignung der CMT-Pin-Technologie wurde sowohl für das Fügen von karbon- als auch glasfaserverstärktem PA6 betrachtet. Als Bewertungskriterien wurden das Schweißgut sowie der Faser- und Matrixerhalt in Abhängigkeit der Schweißparameter untersucht. Das entwickelte Verfahren wurde mit herkömmlichen Fügemethoden bzgl. der in Kopf- und Scherzugversuchen ermittelten Festigkeiten verglichen. Zur Bestimmung der Beständigkeit der Verbindungen gegen unterschiedliche Witterungsbedingungen wurden Salzsprühnebel- und Wechselkorrosionstests durchgeführt. Mit dem Fügen von Hutprofilen wurde die Anwendung der entwickelte CMT-Pin-Technik am Tunnel sowie den Längs- und Querträgern der Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs demonstriert.
Die lichtbogenbasierte additive Fertigung (WAAM) ist ein vielversprechendes Werkzeug, um die Ersatzteilbereitstellung von schwer verfügbaren oder aufwendig herstellbaren Einzelkomponenten in kürzester Zeit zu gewährleisten. Die Straffung innerbetrieblicher Abläufe sowie die Minimierung von Herstellungs- und Lagerkosten sind eine direkte Folge. Vor dem Einsatz im Betrieb muss sichergestellt werden, dass die Bauteile fehlerfrei additiv herstellbar sind und die mechanischen Eigenschaften den Anforderungen konventionell gefertigter Werkstücke entsprechen. Ein solcher Nachweis konnte am Beispiel eines additiv hergestellten Zwischenstücks für die Bergbauausrüstung mit einer abschließenden Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften erfolgreich geführt werden. Das Zwischenstück mit einem Gewicht von ca. 31 kg zur Verbindung von geometrisch unterschiedlichen Profilen wurde ausgehend von einer Grundplatte aus S355-J2+N beidseitig additiv mit einem Massivdraht G3Si1 aufgebaut. Die Ermittlung geeigneter Parameter, Schweißfolgen und Zwischenlagentemperaturen erfolgte experimentell mit begleitenden metallografischen Untersuchungen. Nach erfolgreicher Fertigung wurden die mechanischen Eigenschaften des Zwischenstücks bestimmt sowie die Festigkeit und Zähigkeit mit den geforderten Werkstoffkennwerten des bisher eingesetzten konventionellen Konstruktionsmaterials verglichen.
Leichtbau und das Streben nach Ressourcen- und Energieeffizienz fördern in den letzten Jahren vermehrt den Einsatz hochfester Stähle. Das Laserstrahlschweißen dieser Werkstoffe wird in der industriellen Großserienferti-gung zur effizienten Herstellung hochpräziser Bauteile und Komponenten mit höchsten Qualitätsanforderungen eingesetzt. Die Vermeidung schweißbedingter Fehler wie Schweißverzug und Kaltrissbildung sind dabei von ent-scheidender Bedeutung. Konventionelle Anwendungen erfüllen diesen Anspruch derzeit bedingt durch sehr enge Prozesstoleranzen und die Auswahl unkritischer Werkstoffe, was die Potentiale der Fügeverbindung begrenzt. Auf Basis von FE-Schweißprozesssimulationen konnten Konzepte entwickelt werden, welche eine Verzugs- und Riss-minderung durch aktive Steuerung des Laserschweißprozesses ermöglichen. Die zugrundeliegenden Modelle be-rücksichtigen zum einen das schweißbedingte Temperaturfeld, Gefügeumwandlungen und Eigenspannungen für die Berechnung des Verzugs. Zudem wird die lokale Wasserstoffkonzentration berechnet und die Ergebnisse der Schweißprozesssimulation mittels eines Kaltrisstools bewertet, welches werkstoffspezifische Risskriterien enthält. Die Fähigkeit das Verzugs- und Kaltrissverhalten abzubilden, eröffnet die Möglichkeit zur Parametervariation. Aus den erhobenen Daten wurden Konzepte der aktiven Krafteinleitung mit einer dynamischen Werkstückeinspannung abgeleitet, die zu Verzugs- und Kaltrissminimierung führen und die Schweißbarkeit hochfester Werkstoffe fördern.
Während in einem konventionellen Ultraschallprüfkopf ein Kunststoffdämpfungskörper mit Kleber oder Öl an einen Piezoschwinger angekoppelt ist, werden als Hochtemperaturlösung feinporöse sintermetallische Dämpfungsmaterialien mit einer Flüssigglasankopplung eingesetzt. Um dabei das Sintermetall vor dem korrosiven Angriff der Glasschmelze zu schützten, wird am Dämpfungskörper gegenwärtig Gold- oder Platinfolie zeit- und kostenaufwendig appliziert.
In der aktuellen Arbeit wurde eine Methode zum Korrosionsschutz der sintermetallischen Oberfläche aus rostfreiem Stahl mittels Laser-Pulverauftragschweißen entwickelt. Im Laufe einer Schweißparameterstudie auf dem Substratmaterial aus massivem rostfreiem Stahl wurde die Eignung unterschiedlicher Auftragsmaterialien auf Nickel- und Kobaltbasis untersucht. Dabei wurde zunächst der Einfluss verschiedener Schweißparameter wie Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Pulvermenge auf die Auftragsqualität (Nahtform, Vermischungsgrad, Porosität) metallografisch bewertet. Anschließend wurden die aufgetragenen Schichten hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit getestet. Der Kontakt mit einer flüssigen Glasmischung bei 500 °C hat bei keiner der beschichteten Proben sichtbare Korrosionswirkung gezeigt. Als Resultat der Schweißparameterstudie haben sich besonders die nickelbasierten
Pulver als gut geeignete Materialien für den Prozess gezeigt. Die identifizierten Schweißparameter wurden im nächsten Schritt erfolgreich an das sintermetallische Substrat angepasst.
Die Schweißposition beeinflusst erheblich die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht, insbesondere die Kerbschlagzähigkeit. Dies zeigt ein umfassender Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Schweißgütern, die in der Steigposition (PF) und Wannenlage (PA) ausgeführt wurden. Schweißgüter von Kohlenstoff-Mangan-Stählen weisen in der PF-Position eine reduzierte Kerbschlagarbeit im Vergleich zur PA-Position auf. Dagegen ist bei austenitischen und Duplexstählen der Einfluss der Schweißposition auf die Kerbschlagarbeit genau entgegengesetzt. Der Vortrag fasst den Einfluss der Schweißpositionen auf die mechanischen Eigenschaften zusammen und liefert eine Erklärung für die gegensätzlichen Auswirkungen auf die Kerbschlagzähigkeit der Schweißgüter. Der Schwerpunkt liegt dabei auf hochlegierten Fülldrähten mit einer schnell erstarrenden Schlacke. Die Schlackeneigenschaften, Schweißgutmikrostruktur, Delta-Ferrit-Gehalte für Schweißgüter vom Typ Duplexstahl (2209) und von austenitischen Schweißgütern (308L) sowie die Auswirkungen der Schweißposition auf die Richtung des Schweißkornwachstums werden erläutert. Zum Vergleich werden Kohlenstoff-Mangan-Rutil-Fülldrähte mit schnell erstarrender Schlacke herangezogen.
Rollennahtelektrode
(2017)
Eine Rollennahtelektrode zur Verwendung beim Rollennahtschweißen umfasst eine segmentförmige Elektrodenfläche (2) zur Anpressung der zu verbindenden Bauteile und zur Einleitung des Schweißstroms und der Schweißspannung. Die Elektrodenfläche (2) ist derart dreieckförmig oder mäanderförmig oder zueinander beabstandet ausgebildet, dass in der ebenen Abwicklung der Elektrodenfläche (2) ein Zickzack-Muster oder ein Wellen-Muster oder ein Steppnaht-Muster oder ein Rechteck-Muster vorliegt.
Schweißeinrichtung (1) zum Schweißen von Werkstücken (100), umfassend eine Laserstrahlquelle (10) zur Emission eines Laserstrahls (11), eine Vorschubeinrichtung zur Realisierung einer Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode (70) aus Schweißzusatzwerkstoff (30) in einer Transportrichtung (21) in eine Abschmelzzone, und eine Stromkontakteinheit (60) zur Anlegung einer elektrischen Spannung an die abzuschmelzende Elektrode (70), wobei die Laserstrahlquelle (10), die Vorschubeinrichtung und die Stromkontakteinheit (60) derart relativ zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass die Längsachse des von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahls (11) im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung (21) der Elektrode (70) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektrodenformungseinrichtung (40) aufweist, mit der ein Querschnitt der Elektrode (70) erzeugbar ist, der den von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahl (11) zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt.
Die Erfindung betrifft ein strukturiertes Tailored Blank, umfassend mindestens zwei Fügepartner, wobei mindestens ein Fügepartner ein strukturierter Fügepartner ist und wobei der strukturierte Fügepartner regelmäßig angeordnete Versteifungselemente umfasst und wobei der strukturierte Fügepartner an mindestens einen weiteren Fügepartner gefügt ist.
In der vorgestellten Arbeit wird die Anwendbarkeit von Aluminiumschaumsandich in Schweißkonstruktionen vorgestellt.
Systematische Betrachtungen zur Schweißbarkeit mittels Laserstrahlschweißen, MSG - Kurzlichtbogen und
Rührreibschweißen sowohl im geschäumten als auch im ungeschäumten Zustand werden beschrieben. Dazu wurden verschiedene Knotenformen wie I-Stoß- bzw. T-Stoßverbindungen hergestellt und deren mechanischtechnologische Eigenschaften ermittelt. Neben der quasistatischen Prüfung, wurde jede Ausführungsform des Knotens
auf deren Schwingfestigkeit hin geprüft und die Anwendbarkeit bestehender Regelwerke wie die FKMRichtlinie oder der Eurocode 9 für die Nachweisführung betrachtet. Die Ergebnisse sind abschließend in einem Gestaltungskatalog als Hilfsmittel für den Konstrukteur zusammengefasst. Parallel dazu wurden die experimentellen Untersuchungen mittels FEM begleitet. Es wird die FE-Modellentwicklung für die Berechnung des Sandwichverbundes
an sich als auch von Fügeknoten dargestellt wie auch die Modellvalidierung mit einem Musterbauteil aus einer Hubarbeitsbühne.
Anwendungsnahe Simulation des thermischen Richtens : Forschungsvorhaben P 1008/IGF-Nr. 17970 BR
(2016)
Erweiterung eines analytisch-numerischen Hybridmodells für die Verzugssimulation von Großstrukturen
(2014)
Strukturierte Bleche besitzen eine dreidimensionale Struktur aus regelmäßig angeordneten Versteifungselementen, welche die Steifigkeit der Bleche global erhöhen. Neben der Steifigkeitserhöhung besitzen strukturierte Bleche eine vergrößerte Oberfläche, ein verändertes akustisches Verhalten sowie ein ansprechendes Design als positive Merkmale. Mit der Qualifizierung des
Rollennahtschweißens für verzugsarme, mediendichte Schweißnähte erschließen sich neue wichtige industrielle Anwendungen für strukturierte Bleche und den daraus hergestellten mehrschaligen Bauelementen (zwei strukturierte Bleche im Parallelstoß) mit Hohlräumen zwischen den Blechen. Innovative Produktentwicklungen in der Wärmetechnik, im Transportwesen und im Bauwesen
können mit strukturierten Blechen für Rekuperatoren, Lüftungsanlagen, Wärmeboxen, chemische Apparate, temperierbare Behälter sowie Fußbodenheizungen, Kühlräume, Klimakammern, Fassadenelemente oder Lärmschutzwände umgesetzt werden. Derzeit steht dazu kein geeignetes Fügeverfahren zur Verfügung, welches alle
Anforderungen erfüllt. Das Rollennahtschweißen eignet sich, strukturierte Bleche so zu fügen, dass sie den Anforderungen der zukünftigen Einsatzbereiche entsprechen unter Erhalt der positiven Eigenschaften. In diesem Projekt wurden strukturierte Einzelbleche und der aus ihnen gefertigten mehrschaligen Bauelemente mit dem Rollennahtschweißen gefügt. Zur Herstellung der mehrschaligen Bauelemente wurden Rollpunktnähte genutzt,
welche strukturerhaltend hergestellt wurden. Dazu sind neuartige Rollennahtelektroden entwickelt, gefertigt und erprobt worden. Die notwendigen Schweißparameter zum strukturerhaltenden Schweißen und zum Schweißen mit
Verformung der Struktur wurden in schweißbereichsdiagrammen dokumentiert
und die Verbindungseigenschaften durch Zugversuche und Metallografie qualifiziert. Für die genannten Anwendungsbereiche wurden Dichtnähte an den
Randbereichen der Bleche hergestellt. Durch die Überprüfung der Dichtheit, der Druck- und Korrosionsbeständigkeit wurden die mehrschaligen Bauelemente für mögliche Anwender qualifiziert.
Für die durchgeführten Recherchen und Untersuchungen wurde ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Vollzeit beschäftigt und durch eine studentische Hilfskraft, sowie einen Techniker unterstützt. Die geleistete Arbeit entspricht im
vollen Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war für die Durchführung des Vorhabens notwendig und angemessen.
Beim Rollennahtschweißen von Blechen mit eingebrachten Versteifungselementen wie Sicken oder regelmäßig
angeordneten Strukturen führen lineare Schweißpfade unter Verwendung klassischer Rollenelektroden zur teilweisen
bzw. vollständigen Einebnung dieser Versteifungselemente. Dadurch kann die positive Wirkung der Versteifungselemente
reduziert bzw. vollständig aufgehoben werden. Somit müssen neue Wege für das Rollennahtschweißen von gesickten oder strukturierten Blechen erarbeitet werden. Es wurden zwei neuartige Elektroden mit veränderten Geometrien an den Kontaktflächen entwickelt, welche die Topologie der Bleche berücksichtigen und eine Einebnung vermeiden. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene Kontaktfläche, die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Kontaktfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde durch Schweißversuche bestimmt. Es wurden Schweißbereichsdiagramme bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Festigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweißuntersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden. Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente mit unterschiedlichen Elementtiefen. Diese Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau, in der Investitionsgüterindustrie und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behälterbau sowie zur Ermittlung grundlegender Kenntnisse wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und 1.4301 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung
in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten
Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimierung führte zu einer vergleichbar
guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemente mit den neuen Elektroden als auch bei
deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Bleche mit regelmäßig angeordneten steifigkeitserhöhenden Strukturen werden zunehmend in Kon-struktionen zur Erhöhung der Steifigkeit dünner Bleche bzw. von kompletten Bauteilen verwendet. Damit diese Bauteile wirtschaftlich verarbeitet werden können, bietet das Rollennahtschweißen mit seinen hohen Prozessgeschwindigkeiten und ohne notwendigen Einsatz von Zusatzwerkstoffen bzw. Schweißhilfsstoffen eine kostengünstige Alternative zu anderen Verfahren. Beim Rollennahtschweißen strukturierter Bleche führen jedoch klassische Rollennahtelektroden zur teilweisen bzw. vollständigen Einebnung der Versteifungselemente, sodass deren positive Wirkung reduziert bzw. vollständig auf-gehoben werden kann.
Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen mit unterschiedlichen Elementtiefen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente. Die Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behäl-terbau wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und X5CrNi 18-10 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt.
Die entwickelten neuartigen Elektroden berücksichtigen die Topologie der Bleche, um eine Einebnung der strukturierten Bleche zu vermeiden. Daher wurden Elektroden mit veränderten Geometrien an den Elektrodenarbeitsflächen gestaltet. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene und die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Elektrodenarbeitsfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde in Schweißversuchen bestimmt und Schweißbereichsdiagram-me bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Fes-tigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweiß-untersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimie-rung führte zu einer vergleichbar guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemen-te mit den neuen Elektroden als auch bei deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Anschließend wurde ein Vergleich der Verbindungsfestigkeiten mit dem Widerstandspunktschweißen und dem Metall-Aktivgas-Schweißen durchgeführt.
Fügen strukturierter Bleche - Remote-Laserstrahlschweißen im Vergleich zum Widerstandspunktschweißen
(2013)
Dem Fügen mittels Schweißen kommt in vielen Industriezweigen eine zentrale Bedeutung zu. Durch die ungleichmäßige Erwärmung der Schweißverbindung kommt es jedoch zu unerwünschten Verformungen, die durch kostenintensive Nachbehandlungen beseitigt werden müssen. Ist der bleibende Schweißverzug bereits in einem frühen Stadium des Produktentwicklungszyklus bekannt, können geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen oder Nachbehandlungen bereits in der Produktplanung festgelegt werden.
Das Kernziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines gekoppelten analytisch numerischen Hybridmodells für die Schweißverzugsberechnung von Großstrukturen. Die Basis hierfür liefert das Schrumpfkraftmodell, welches um moderne Schweißverfahren und neue Werkstoffe erweitert wird. Sowohl experimentell als auch mittels numerischer Analysen wird die Instabilität dünnwandiger Strukturen untersucht und eine mögliche Erfassung im Schrumpfkraftmodell vorgeschlagen. Durch die analytisch numerische Kopplung stellt auch die Berechnung der Verzüge, hervorgerufen durch krummlinig wandernde W\"armequellen keine Hürde mehr dar und wird implementiert.
Um die Anwendung des Hybridmodells zu vereinfachen, wird ein Programm entwickelt, welches die umfangreiche mathematische Vorgehensweise des Schrumpfkraftmodells beinhaltet und aufgrund der Geometrie der Schweißverbindung, des Werkstoffs und der Schweißparameter die mechanischen Lasten berechnet. Die Verifizierung der Software, des Kopplungsalgorithmus sowie die Untersuchung der Stabilität und Sensibilität des Hybridmodells erfolgt an Stumpfstoßverbindungen.
Abschließend wird das Modell an unterschiedlich komplexen Schweißkonstruktionen angewandt und die berechneten Schweißverzüge mit experimentellen Messungen verglichen. Eingangs werden einfache I- und T-Stoßverbindungen betrachtet. Es folgt die Verzugsberechnung eines Demonstrators aus dem Schiffbau mit 8 Schweißnähten sowie einer gesamten Decksektion mit ca. 90 Nähten, wobei verschiedene Elemente auf eine Grundplatte von 20x16 Metern gefügt werden.
Die vorliegende Arbeit stellt das von Professor Michailov vorgeschlagene Spitzentemperatur-Austenitisierungs-
Abkühlzeit-Modell für die thermomechanische Schweißsimulation unter Berücksichtigung der Gefügeumwandlungen vor. Das Modell erfasst die für die Gefügeausbildung maßgebenden Temperaturzyklen durch seine drei so genannten STAAZ-Parameter: Spitzentemperatur, Austenitisierungs- und Abkühlzeit. Die Korrelation dieser Temperaturzyklusparameter mit den thermomechanischen gefügeabhängigen Werkstoffeigenschaften erfolgt auf Grundlage einer empirischen Datenbasis. Mit der vorgenommenen Erweiterung zu Mehrmalig-(M-)STAAZ lässt sich das aus einem vorgelagerten Temperaturzyklus entstandene Zwischengefüge berücksichtigen.
Einfluss der Beschichtung und des Schweißens auf das Korrosionsverhalten von strukturierten Blechen
(2014)
Erweiterung der numerischen Schweißsimulation zur Untersuchung metallkundlicher Fragestellungen
(2001)