Schweißen simulieren mit Simufact.welding

Simulationswerkzeug für den Schweißpraktiker

Simufact.welding bietet Ihnen aus einer Benutzeroberfläche heraus die Möglichkeit Verzüge, Eigenspannungen und Werkstoffzustände zu berechnen. Das heißt für Sie:

  • Mögliche Probleme im Voraus identifizieren
    • Identifizieren Sie mögliche kritische Verzüge, z.B. im Hinblick auf den Zusammenbau und Einfallstellen bzw. Unwuchten
    • Gewinnen Sie Sicherheit bei der Einhaltung von Toleranzen
  • Kompetenzen optimal nutzen
    • Legen Sie eine Grundlage für die Konstruktion, den Schweißfachingenieur und die Fertigung, um gemeinsam die optimale Konstruktion auszulegen
    • Sie können Erfahrungen aus realen und virtuellen Versuchen systematisch sammeln und Kompetenzen mitarbeiterunabhängig erhalten
    • Erschließen Sie sich ein wirkungsvolles Instrument für die Entwicklung und Ausbildung
  • Systematische Prozessoptimierung
    • Beeinflussen Sie die Lage der Nähte schon während der Konstruktionsphase so, dass der entstehende Verzug konstruktionsbedingt minimiert wird. Damit minimieren Sie auch den Einfluss der Schweißer und Schweißgeräte auf den Verzug.
    • Untersuchen und optimieren Sie Spannkonzepte, noch bevor Sie in irgendein Werkzeug investieren
    • Identifizieren Sie die optimalen Schweißprozessparameter und Punktfolgen
    • Bestimmen Sie die Auswirkungen von Shunting-Effekten auf den Prozess und die Auswirkungen von Ausspannzeiten auf den Verzug und die verbleibenden Eigenspannungen
    • Nutzen Sie ein Werkzeug, das Sie bei der Entwicklung von Schweißplänen unterstützt
    • Testen Sie Varianten virtuell, die im realen Versuch extrem teuer wären
    • Untersuchen Sie das Verhalten neuer Werkstoffe beim Schweißen
  • Gewährleistung von Schweißnahtqualitäten
    • Nutzen Sie ein Werkzeug, das Sie bei der Gewährleistung von Schweißnahtqualitäten unterstützt z.B. durch Berechnung von Nuggetgrößen, spröden Gefügeanteilen, der Härte und Auswirkungen von Vorwärmtemperaturen
    • Gewinnen Sie Kenntnisse über die Ausprägung der Wärmeeinflusszone
    • Ziehen Sie Rückschlüsse auf die Eigenschaften von Schweißnähten (z.B. Eigenspannungen, die die Ermüdungsfestigkeit oder ein Beulverhalten beeinflussen) Exportieren Sie die Ergebnisse in ein offenes Format (Universal File Format) und rechnen Sie damit in vielen anderen FE-Programmen weiter
  • Untersuchen Sie Prozessketten in Ihrer Fertigung

 

 

Jetzt verfügbar: Simufact.welding 5

Mit der Version 5 geht Simufact nun einen wesentlichen Schritt weiter und führt Funktionen für die Simulation des eigentlichen Schweißprozesses ein – die so genannte Schweißprozesssimulation.

Whats new

Artikel Download

Welding Simulation in Car Body Construction -
Englischer Fachartikel von Audi / IPK

Download hier

Schneller den Prozess richtig auslegen

Das heißt aus betriebswirtschaftlicher Sicht:

  1. höhere Effizienz in der Entwicklung durch weniger kostenintensive Fehlversuche
  2. Minimierung von Kosten für Prototypen
  3. Einsparungen bei Nacharbeitskosten
  4. Verkürzung der Entwicklungszeit --> schneller am Markt
  5. Einsparung von Material und Energie für experimentelle Untersuchungen
  6. Reduzierung des Personalbedarfs für Routineuntersuchungen bei der experimentellen Produktentwicklung
  7. Effiziente Machbarkeitsuntersuchungen in der Angebotsphase und damit schnellere und fundiertere Angebote

Teilgebiete der Schweißsimulation

Teilgebiete der Schweißsimulation nach Radaj 2002

Schweißsimulationen in Simufact.welding werden mithilfe von Finiten-Elementen abgebildet, welche sich insbesondere zur Modellierung des elastisch-plastisch verfestigenden Werkstoffverhaltens und damit insbesondere für die Schweißstruktursimulation eigenen. Die komplexen Vorgänge im Prozess - beispielsweise durch einen Lichtbogen oder durch eine Kapillare verdampfenden Metalls (Keyhole) – werden hierbei nicht berücksichtigt. Das heißt, dass auch Prozessstabilitäten und Nahtformen hierbei kein Ergebnis der Simulation sind, sondern werden als Eingabeparameter berücksichtigt.

Die Schweißstruktursimulation berechnet die Folgen der Wärmewirkung des Schweißprozesses. Entscheidend ist also nicht die exakte Abbildung prozess-spezifischer Details aus der Prozesssimulation (Nd-YAG-Laser, Fokuslage, Unterpulver usw.), sondern die Erfassung der Schmelzbad-Isofläche mittels mathematischer Hilfsquellen („Ersatzwärmequellen“). Diese werden dann idealweise anhand von Schliffbildern kalibriert.

Von den über 150 klassifizieren Schweißprozessen lassen sich einige wenige Prozesse dennoch mithilfe von Finiten-Elementen abbilden. Hierzu gehört insbesondere der für die blechverarbeitende Industrie und die Automobilindustrie relevante Widerstandspunktschweißprozess. Dieses kann ab der Version 5 sowohl als Schweißstruktur- als auch als Prozesssimulation aus der Simufact.welding GUI heraus berechnet werden.

Um das Werkstoffverhalten zuverlässig modellieren zu können, müssen die Werkstoffeigenschaften bestimmt werden. Sind diese nicht in Datenbanken vorhanden, können teure und zeitaufwändige Messreihen durch den Einsatz von Werkstoffsimulationen, beispielsweise JMatPro, vermieden werden. Mithilfe dieser Daten können die Werkstoffzustände bzw. die Bauteileigenschaften bestimmt werden.

Ziel der Berechnungen mit Simufact.welding ist insbesondere die Vorhersage von Schweißverzügen. Durch die Implementierung von Werkstoffmodellen können ebenfalls Gefügeanteile und Werkstoffzustände und die daraus resultierenden lokalen Werkstoffeigenschaften einschließlich weiterer Effekte (Umwandlungsdehnungen und -plastizität) berechnet werden.

Typische Aufgabenstellungen der Schweisssimulation

Schweißverzüge sind i.d.R. aber nicht völlig vermeidbar und stellen erst ein Problem dar, wenn bestimmte charakteristische Anforderungen an ein Werkstück nicht mehr erfüllt sind. Nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die typischen Einsatzgebiete von Simufact.welding zum Verständnis, der Kontrolle und Minimierung von Schweißverzügen.

 

Wie kann Simufact.welding bei der Prozessauslegung helfen?

Simufact.welding erschließt Ihnen ein breiteres Prozessverständnis und hilft Ihnen die Anzahl der Entwicklungsschleifen zu reduzieren durch

  • eine Visualisierung der Einflussgrößen insbesondere der Temperaturverteilung, Spannungen und Verzüge
  • einem virtuellen Try-out von Spannkonzepten, Schweißreihenfolgen, Pausen- und Ausspannzeiten,
    Werkstoffvariationen, Vorwärmeinflüsse und weiteren Aspekten

Die Schweißreihenfolgen und Pausenzeiten können beispielsweise relevant sein bei einzuhaltenden Zwischenlagentemperaturen. In der Serienproduktion werden Abkühlzeiten bis zum Ausspannen so gering wie möglich gehalten, um einen möglichst hohen Durchsatz zu haben. In vielen Fällen sind es aber nur Sekunden, die den Verzug signifikant beeinflussen.

Ein weiterer Vorteil gegenüber experimenteller Untersuchungen im Labor: Prozessvarianten können untersucht werden noch bevor die Auswahl des Equipments getroffen und Investitionen in Geräte getätigt werden.

Simulationsvideos

Autofelge - von innen geschweißt - Ergebnisgröße: Temperaturfeld

Autofelge - von innen geschweißt - Ergebnisgröße: Verzug

Schweissen eines Trägers - Ergebnisgröße: Temperaturfeld

Von Mises Spannungen

Maximaltemperaturen einer widerstandspunktgeschweißten Verbindung zwischen einer B-Säule und einem Dachrahmen

Prozesskette Simufact.welding - Simufact.forming

Durch die offene Gestaltung der Ergebnisformate in Form von einzelnen SPR-Dateien pro Komponente oder als exportierbare Dateien im Universal File Format können stufenweise Berechungen auf Basis vorhandener Ergebnisse durchgeführt werden. Dies ermöglicht die Berechnung von geschweißten Bauteilgruppen und die Durchführung von Prozesskettensimulationen. Dadurch können dem Schweißen vor- bzw. nachgelagerte Prozesse effizient in die numerische Betrachtung integriert werden. Der einfache Datentransfer lässt nicht nur die Berücksichtigung der Umformhistorie, sondern auch weitere Festigkeitsbetrachtungen der simulierten Schweißnähte zu.

Produktlogo Simufact.welding
Produkt Logo Simufact.forming

Funktionale Highlights

Modellierung, Berechnung und Auswertung aus einer Benutzeroberfläche

Die Schritte Modellierung, Berechnung und Auswertung sind aus einer Benutzeroberfläche heraus möglich:

 

Modellierung

  • Automatische Definition von Brenner und Lasereinfallswinkel relativ zu den Komponenten oder zu einem globalen oder zu einem lokalen Koordinatensystem (ohne manuelle Definition von Referenzlinien)
  • Voransicht der Wärmequellen und Schweißpfade einschließlich deren Orientierung
  • Automatische Netzverfeinerung und –vergröberung (keine User subroutinen notwendig)
  • Nicht-kongruente Netze für Bauteile und Fillerelemente sind zulässig
  • Automatische Detection von Kontakten und Berücksichtigung der Reibung
  • Spanner können durch deren wirkliche Geometrie abgebildet werden
  • Automatische Berücksichtigung der Wärmeverluste infolge von Strahlung und Konvektion (keine manuelle Definition von Oberflächennetzen)
  • Die Pre-State Funktionalität erlaubt den Import von vorherigen Berechnungen (von Simufact.forming oder Simufact.welding) aus dem GUI heraus. Dies ermöglicht die Berechnung von nacheinander geschweißten Bauteilgruppen und Prozessketten.
  • Die Definition von „Local joints“ ermöglicht die lokale Verbindung zweier Bauteile relativ zueinander (zur Berücksichtigung von Steifigkeitseinflüssen aus Punktschweißungen, mechanischen Fügestellen oder Heftnähten)
  • Erzeugung von Kehlnahtelementen durch einen Fillergenerator
  • Automatische Projektion des Schweißpfades auf die Nahtoberfläche
  • Es ist keine manuelle thermische Vorintegration zur Anpassung eines gleichbleibenden Energieeintrags notwendig
  • Benutzerdefinierte Einheitensysteme mit automatischer Umrechnung verhindern Fehler bei der Eingabe und der Ergebnisausgabe
  • Der zeitliche Verlauf der Prozesse einschließlich Abkühlung und ausspannzeiten kann in einem Gant-Diagramm angezeigt werden.
  • Jeder Spanner und jedes Auflager kann zu individuellen Zeiten entfernt werden
  • Vereinfachte Anpassung von Datenbank-basierten Werkstoffdaten an den realen Werkstoffzustand = höhere Genauigkeit bei der Vorhersage von Eigenspannungen und damit auch für das Erkennen von Verzügen und Rückfederungseffekten

 

Berechnung

  • Kontakt Definition kann auch den Spannungszustand eingepresster Bauteile im Initialmodell berücksichtigen
  • Spaltbildungsberechnung bei nicht ausreichenden Spannwerkzeug-Konzepten
  • Die Zusatzwerkstoffelemente werden erst durch die bewegte Wärmequelle aktiviert
  • Fließkurven können temperatur- und spitzentemperaturabhängig definiert werden. So können beispielsweise Lösungs- und Ausscheidungsvorgänge berücksichtigt werden.
  • Härtewerte und Zugfestigkeiten können als Funktion der t8/5-Zeiten visualisiert werden

 

Ergebnisauswertung

  • Definition von lokalen Koordinaten Systemen einschließlich zylindrischen Koordinatensystemen möglich.
  • Darstellung der Schmelzzone im Querschnitt rechtwinklig zur Schweißnaht
  • Export von mehrstufigen Videos (avi-Format) basierend auf der Inkrementanzahl oder der Realzeit
  • Definition eigener Post-processing Größen basierend auf vorhandenen Ergebnisgrößen, welche mit mathematischen Operatoren verknüpft werden
  • Das Ergebnismanagement erlaubt eine direkte Darstellung der berechneten Inkremente (separate Ergebnisdateien für jedes Bauteil und Inkrement)
  • Export von Ergebnissen in das neutrale Universal File Format (unv-Format) welches in alle gängige Finite Element Programme eingelesen werden kann
  • Flüssige Visualisierung auch größerer Modelle mit Ergebnissen von ein bis zwei Terabyte Datenvolumen möglich

Modulares Konzept

Produktportfolio ab Simufact.welding 5

Modulare Struktur

Simufact.welding ist modular aufgebaut. Das modulare Konzept der Simufact-Produkte hilft Ihnen dabei, die für Ihre Bedürfnisse relevanten Produktfunktionen auszuwählen. Dieser Ansatz ist für Sie kostengünstig und gibt Ihnen die Flexibilität, sich an verändernde Anforderungen anzupassen.

Mit seinen Anwendungsmodulen (Application Modules) stellt die Softwarelinie die prozessspezifischen Funktionen für wichtige Anwendungsfelder der Schweißsimulation bereit. Die Funktionalitäten der Anwendungsmodule erlauben die Simulation einzelner Produktionsschritte und können auch kombiniert werden, um ganze Prozessketten zu simulieren.

Zusatzmodule (Additional Modules) bieten Ihnen eine Vielzahl an weiteren wertvollen Funktionen für den täglichen Einsatz der Software.

Aktuelle Version Simufact.welding

Simufact.welding 5

Seit November 2015 ist die aktuelle Version 5 verfügbar. Lesen Sie hier, welche neuen Möglichkeiten Ihnen Simufact.welding 5 bietet:

Whats new in Simufact.welding 5

Referenzen

Eine große Zahl an Anwendern, darunter auch führende Maschinenhersteller, vertrauen auf die Simulationstechnologie von Simufact. Zu den Anwendern von Simufact.welding für die Schweißstruktursimulation zählen unter anderem:

Ihre Anfrage

Persönliche Daten
Bitte addieren Sie 5 und 6.

* Pflichtfelder

Markus Merten

Ihr Ansprechpartner

Markus Merten
Country Manager DACH
Telefon: +49 (0)6421 167 96 10