Schweißverzüge

Wodurch werden Schweißverzüge verursacht?

Schweißverzüge entstehen durch:

  • Schrumpfen des geschmolzenen Schweißzusatzwerkstoffs
  • Stauchen des Materials beim Erwärmen

Das plastische Aufstauchen ist ein stark nichtlineares Materialverhalten. Ungleichmäßige thermische Ausdehnung der Wärmeeinflusszone führt zu ungleichmäßiger plastischer Verformung durch den Querschnitt der Schweißverbindung. Der zugrunde liegende Mechanismus wird beim Flammrichten genutzt. Thermische Ausdehnung und Schrumpfen führen zu Eigenspannungen, die weitere Verzüge und Spannungsumverteilungen durch den Querschnitt verursachen. Wenn dabei keine plastischen Verformungen auftreten, kehrt die Baugruppe zu ihrer ursprünglichen Form zurück. Aufgrund von geänderten Materialeigenschaften, wie z.B. der Fließgrenze, führen hohe Temperaturen und selbst kleine Spannungen jedoch zu plastischen Verformungen. Zusätzliche Zwänge durch die Einspannung oder die Form des Werkstücks an sich können die Eigenspannungen noch erhöhen.

Aus der Temperaturverteilung resultiert ein unsymmetrisches Verhalten beim Erwärmen und Abkühlen, das die Entstehung plastischer Verformungen auslöst. Drei wichtige Mechanismen sind dabei interessant:

  • Plastische Verformungen beim Erwärmen haben lokalen Charakter. Beim Abkühlen wird das umliegende Material durch Wärmeleitung aus dem Schweißbad erwärmt, erzeugt Druck zum schrumpfenden Material hin, und die plastischen Verformungen können sich dadurch teilweise regenerieren
  • Die Elastizität des umliegenden Materials sinkt
  • Plastische Verformungen beim Erwärmen treten an Stellen auf, wo die Zugfestigkeit reduziert ist und die thermische Ausdehnung steigt. Beim Abkühlen lassen die Druckspannungen nach, was zu plastischer Verformung stark geschrumpften Materials bei niedrigeren Temperaturen und höherer Zugfestigkeit führt. Wenn nach dem Erwärmen und Abkühlen plastische Verformungen festzustellen sind, sind auch Eigenspannungen in der Struktur zurückgeblieben. Diese Eigenspannungen führen zu reduzierter Dauerfestigkeit.

Laserstrahlschweißen – Spaltbildung aufgrund von Schweißverzügen

 

 

 Laserstrahlschweißen – Verzüge werden durch Heftnähte verhindert

 

Wo ist die Schweißsimulation anwendbar?

Typische Anwendungsfelder für Simufact Welding

Das Hauptziel von Berechnungen mit Simufact Welding ist die Vorhersage von Schweißverzügen. Dank der Implementierung von Materialmodellen können aber auch Phasenanteile, Werkstoffzustände und resultierende lokale Materialeigenschaften berechnet werden, sowie weitere Effekte wie die umwandlungsinduzierte Plastizität und Umwandlungsdehnungen.

Schweißverzüge lassen sich normalerweise nicht völlig vermeiden. Wenn jedoch Produktanforderungen nicht erfüllt werden, stellen sie ein Problem dar. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über typische Anwendungsfelder von Simufact Welding, um ein Verständnis für Schweißverzüge zu entwickeln, sie zu überwachen und zu minimieren.

Pain Points – Schweißverzüge
Pain Points – Schweißverzüge