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In diesem Artikel wird eine Übersicht über die Methoden zurnumerischen Berechnung schweißbedingter Bauteilverzüge fürindustrielle Anwendungen gegeben. Zunächst werden die Anforderungen der Automobilindustrie an die benötigte Softwaredargestellt. Dabei wird zwischen der industriellen Forschungund der Entwicklung/Produktionsplanung differenziert. Es werden die verschiedenen derzeit verfügbaren Ansätze zur numerischen Schweißsimulation vorgestellt und deren Möglichkeitenzur Erfüllung der dargestellten Bedürfnisse erläutert. Anhand eines aktuellen Bauteils aus der Automobilindustrie (B-SäuleVW Golf) wird beispielhaft die Verzugsoptimierung mit Hilfe einer Berechnungsmethodik aufgezeigt, welche sich durch eine schnelle Modellerstellung, kurze Rechenzeiten und einfache Handhabung auszeichnet. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentell ermittelten Daten zeigt sehr gute Über-einstimmungen und verdeutlicht das immense Potenzial einer numerisch unterstützten Prozessoptimierung.
The non-uniform heat input during the welding process leads to problematic permanent deformations of welded parts. The control of these welding distortions is, with the absence of the knowledge of the fundamental mechanisms responsible for these deformations, an extremely time and cost consuming iterative “trial-and-error” optimization process. The visualization of the involved physical phenomena, like temperature and distortions, .is an indispensable tool to clearly identify these mechanisms in order to adapt the welding parameters and clamping conditions target-oriented. Both experimental and virtual methods exist to obtain these physical data, however the possibilities to visualize them with experimental methods are laborious, expensive and limited in their application. Welding Simulation using finite element analysis (FEA) offers many benefits and has a great potential to reduce the experimental effort. Nevertheless, the industrial application of welding Simulation is not yet established widely because of reservations regarding the computation costs and the resulting accuracy for instance. In this paper, the results of a case study for a welding Simulation with an industrial background are presented. A welded assembly from the automotive industry has been investigated with numerical and experimental methods. A comparison between both methods demonstrates the Potentials of welding Simulation in terms of visualization. Furthermore, the numerical results reveal the possibilities of current resources. regarding calculation time and result accuracy of an industrial applied welding Simulation.
In contrast to other simulation fields like forming simulation, welding simulation is still not widely used in industrial environments. A high user expertise, a high time-to-solution and the result accuracy are the most important problems that hinder its extensively application. Different modeling approaches influence these aspects and an analysis of their implementation is of interest especially for the automotive industry as a key user for production Simulation.
Die Kornfeinung beim Schweißen ist mit einem Übergang von groben, stängeligen Körnern zu kleineren, globulitischen Körnern im Schweißgut verbunden. Die Feinung der Korngröße und Form führt sowohl zu einer wesentlichen Verbesserung der Schweißeignung als auch zu verbesserten mechanischen Eigenschaften. Heute gebräuchliche Schweißzusatzwerkstoffe enthalten zum Teil bereits geringe Mengen kornfeinender Zusätze, deren Wirksamkeit jedoch von einer Reihe weiterer Randbedingungen abhängt. Durch Zugabe definierter Mengen an Keimbildnern (AlTi5B1) in das Schmelzbad wurde die Abhängigkeit der Korn-größe und –form vom Titan/Bor-Gehalt untersucht. Weiterhin wurde der zur vollständigen Kornfeinung notwendige Mindestgehalt an Keimbildner für unterschiedliche Legierungen und unter unterschiedlichen Schweißbedingungen, sowohl beim WIG-Schweißen als auch beim Laserstrahlschweißen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Korngröße im Schweißgut bis auf ein Minimum von ca. 20µm verringern lässt und zugleich der Anteil der globulitischen Körner zunimmt. Der Mindestgehalt an Keimbildner für vollständige Korn-feinung hängt stark von Schweißgeschwindigkeit und Legierungszusammensetzung ab. Der Einfluss der Kornfeinung auf die Festigkeit, Duktilität sowie die Heißrissempfindlichkeit der Schweißverbindungen wird an ausgewählten Bespielen aufgezeigt.
For differentiating the applicability of various numerical welding simulation methods as well as unifying the prerequisites and the steps to be taken in simulation, normative codes are required for the user. Since any standard-like documents are currently still lacking in this field, the DIN German Institute for Standardization in partnership with the Research Association of DVS German Welding Society have set up a standards committee dealing with the preparation of respective documents.
This article focuses on the presentation of the new DIN Spec 32534-1 explaining the major simulation steps and specifying the application fields and the key terms of welding simulation. In addition, a generally valid simulation structure has been established which is intended to serve as a recommendation for customers and suppliers in formulating and handling a service order as well as for persons who start doing welding simulation for the first time. It additionally gives an overview of the other subject areas dealt with in the standards committee as well as of the international activities in this field.
For differentiating the applicability of various numerical welding Simulation methods as well as unifying the prerequisites and the Steps to be taken in Simulation, normative codes are required for the user. Since any standard-like documents are currently still lacking in this field, DIN German Institute for Standardization has set up the Standards Committee NA 092-00-29-AA "Welding Simulation" dealing with the preparation of respective documents. This committee was initiated in partnership with the joint committee FA 12 "Weld Simulation on Application" of the Research Association of DVS German Welding Society.
The objective of this Standardization work in the field of numerical welding Simulation is to prepare a DIN SPEC with a view to standardizing the approaches to the Simulation of various welding phenomena and processes over the long run. In a draft version of DIN SPEC 32534 that has already been prepared by the above mentioned Committee, the structure of the primary document was stated. The primary document specifies the application fields and the key terms of welding Simulation. In addition, the generally valid Simulation structure has been established which is intended to serve as a recommendation for customers and suppliers in formulating and handling a Service order as well as for persons who Start doing welding Simulation for the first time.
This article focuses on the presentation of the new DIN SPEC 32534-1 explaining the major Simulation Steps. It additionally addresses the Classification of the secondary documents depending on the welding process and on the desired Simulation result. Finally, it gives an overview of the other subject areas dealt with in the Standards Committee NA 092-00-29-AA "Welding Simulation" as well as of the international activities in this field.
Mit Ausgabedatum März 2011 ist die Spezifikation DIN SPEC 32534-1 erschienen. Die Spezifikation wurde im DIN/DVS-Gemeinschaftsausschuss NA 092-00-29 AA „Schweißsimulation (DVS AG I 2.1)" des Normenausschusses Schweißtechnik (NAS) im DIN in Zusammenarbeit mit dem Ausschuss für Technik (AfT) im DVS - Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. nach dem Vornormverfahren erarbeitet.
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.
Welding is a key technology in the area of industrial production due to its flexibility and efficiency. However, new materials and welding techniques necessitate permanent research activities in order to keep up with the demands. A detailed knowledge about the process itself and the heat effects of welding, e.g., temperatures, distortions, and stresses, is the basis for a target-oriented optimization instead of a trial-and-error approach. Numerical welding simulation is a powerful tool to meet these demands. Complementary to an experimental investigation, it enables the analysis of the specimen during the welding process, commonly known as computational welding mechanics (CWM). Whereas simulation is nowadays a common tool in different development processes, the modeling of welding still remains difficult because of the multiple physical effects taking place. One of the most important problems for the user is the lack of knowledge about the material properties as input data for the simulation. Furthermore, any scattering of the data causes uncertainties that can have major effects on the calculations. The objective of this paper is to give an overview about the experimental determination and analysis of the material properties needed as input data for a welding simulation. The measurement techniques and the occurring deviations of the results are discussed. Additionally, the collected data for three representative alloys (dual-phase steel, austenitic steel, precipitation-hardenable aluminum alloy) are analyzed. Finally, the temperature-dependent thermophysical and thermomechanical material properties for these three alloys are given in a ready-to-use format for a numerical welding simulation.