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The development of high-strength structural steels with yield strengths up to 1000 MPa results in the requirement of suitable filler materials for welding. Recently designed low transformation temperature (LTT) alloys offer appropriate strength. The martensitic phase transformation during welding induces compressive residual stress in the weld zone. Therefore, the mechanical properties of welded joints can be improved. The present paper illustrates numerical simulation of the residual stresses in LTT-welds taking into account the effect of varying Ms/Mf-temperatures, and therefore different retained austenite contents, on the residual stresses. Residual stress distributions measured by synchrotron diffraction are taken as evaluation basis. A numerical model for the simulation of transformation affected welds is established and can be used for identification of appropriate Ms-temperatures considering the content of retained austenite.
Kornfeinung im Schweißgut kann die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht und die Schweißeignung des Grundwerkstoffs deutlich verbessern. Eine Möglichkeit korngefeintes Schweißgut zu erreichen, ist das Versetzen des Schmelzbades mit kornfeinenden Mitteln. In dieser Studie wird gezeigt wie Titan- und Borzusätze Korngröße und -struktur von WIG-Schweißnähten der Al-Legierung 5083 (Al Mg4,5Mn0,7) beeinflussen. Dazu wurden in einem Gießprozess stäbchenförmige Einlagen hergestellt, die aus Grundwerkstoff und definierten Zusätzen der Kornfeinungslegierung Al Ti5B1 bestanden. Sie wurden als Ersatz für einen Schweißzusatzwerkstoff in einer Nut im Grundwerkstoff untergebracht und im WIG-Verfahren überschweißt. Durch die Steigerung des Titan- und Borgehalts im Schweißgut konnte dessen mittlere Korngröße deutlich verringert werden. Außerdem wurde eine Änderung der Kornstruktur beobachtet. Die Ergebnisse können als Grundlage genutzt werden, um die empfohlene chemische Zusammensetzung von Schweißzusätzen für Lichtbogenschweißen von Aluminium anzupassen.
A single-layer pulsed gas metal arc weld of structural steel S355J2+N with a thickness of 5 mm is experimentally and numerically investigated. Two tack welds are considered in the numerical simulation into two different ways. First, the tack welds are represented by elements belonging to the initial material. This implies that the 'tack weld material' was not exposed to any thermal load or phase transformation before actual welding was performed. The weld seam is shortened and there is an influence on the stiffness of the whole structure affecting the calculation result. Secondly, the tack welds were simulated as conducted in the experimental welding procedure. The cases considering tack welding are compared to a simulation neglecting tack welding and to the experimental results.
The influence of tack welds on the calculated welding-induced distortion is clarified and a contribution to an improved simulation-based prediction of welding-induced distortion is possible by modeling tack welding according to the realistic fabrication procedure.
Für die Abgrenzung der Anwendbarkeit verschiedener Methoden der numerischen Schweißsimulation sowie für die Vereinheitlichung der Voraussetzungen und der durchzuführenden Schritte bei der Simulation sind normative Regelwerke für den Anwender erforderlich. Da es derzeit noch keine normähnlichen Dokumente auf diesem Gebiet gibt, wurde vom DIN der Arbeitsausschuss NA 092-00-29-A "Schweißsimulation" gegründet, welcher sich mit der Erarbeitung der entsprechenden Dokumente befasst. Dieses Gremium wurde gemeinsam mit dem Gemeinschaftsausschuss FA 12 "Anwendungsnahe Schweißsimulation" der Forschungsvereinigung des DVS initiiert.
Das Ziel der Normungsarbeit im Bereich der numerischen Schweißsimulation besteht in der Erarbeitung einer DIN SPEC, die die Vorgehensweisen bei der Simulation verschiedener Schweißphänomene und -verfahren langfristig standardisieren soll. In einem durch den genannten Arbeitsausschuss bereits vorbereiteten Entwurf der DIN SPEC 32534-1 wurde die Struktur des Hauptdokuments festgelegt. Im Hauptdokument sind die Anwendungsbereiche und die wesentlichen Begriffe der Schweißsimulation spezifiziert. Des Weiteren wurde die allgemein gültige Simulationsstruktur erarbeitet, welche als Empfehlung für den Auftraggeber und den Auftragnehmer bei der Formulierung und Abwicklung eines Dienstleistungsauftrages sowie für den Neueinstieg in die Schweißsimulation dienen soll.
Den Schwerpunkt stellt die Vorstellung der neuen DIN SPEC mit der Erläuterung der wesentlichen Simulationsschritte dar. Im Weiteren wird auf die Klassifizierung der Unterdokumente in Abhängigkeit des Schweißverfahrens und des angestrebten Simulationsergebnisses eingegangen. Schließlich wird ein Ausblick auf die weiteren Themenfelder des Arbeitsausschusses NA 092-00-29-A "Schweißsimulation" sowie auf die internationalen Aktivitäten auf diesem Gebiet gegeben.
This paper presents volume heat sources and the corresponding functional analytical Solutions for the transient temperature field. The considered energy distributions are normal, exponential and parabolic. The method follows the common approach in Computational Welding Mechanics (CWM) to account for the physics of the welding process and the resulting temperature field by phenomenological models for heat conduction. Therefore, the used heat source models are apparent heat sources that incorporate the real heat input as well as the fluid flow in the weld pool and the latent heat connected with phase transformations. The heat source models provide welding characteristics like thermal cycle and Fusion line in the cross section within short computational time. Consequently, inverse techniques on basis of optimisation algorithms enable the adaptation of the models to the experimental data efficiently. Furthermore, the direct evaluation of the energy distribution for the experimental fusion line in the cross section is demonstrated which enhances the numerical optimisation by reducing the number of unknown model Parameters and providing a reasonable initial guess within the model parameter space. The proposed temperature field models are validated with real laser beam welding experiments.
The paper presents bounded volume heat sources and the corresponding functional-analytical expressions for the temperature field. The power density distributions considered here are normal, exponential and parabolic. The sources model real heat sources like the welding arc, laser beam, electron beam, etc., the convection in the weld pool as well as the latent heat due to fusion and solidification. The parameters of the heat source models are unknown a priori and have to be evaluated by solving an inverse heat conduction problem. The functional-analytical technique for calculating 3D temperature fields in butt welding is developed. The proposed technique makes it possible to reduce considerably the total time for data input and solution. It is demonstrated with an example of laser beam welding of steel plates.