Verifizierung und Bewertung eines thermischen Simulationsmodells des Rührreibschweißprozesses

Die zunehmende Forderung nach Leichtbaukonzepten richtet sich nicht nur an eine angepasste Konstruktion und die Verwendung von Werkstoffen mit geringer Dichte bei gleichzeitig hohen Festigkeitseigenschaften, sondern auch an eine optimierte Fertigungsstrategie. Fügetechnologien, insbesondere Schweißverfahren, bieten in diesem Zusammenhang durch die breite Palette verarbeitbarer Materialien große Potentiale. Als relativ neuer Schweißprozess findet das Rührreibschweißen, 1991 patentiert durch das Edison Welding Institute, kurz TWI, zunehmend Einsatz in der Industrie. Insbesondere durch die prozessspezifischen Arbeitstemperaturen unterhalb der Solidustemperatur sowie die Verarbeitbarkeit bisher nur schwer oder gar nicht schweißbarer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen bietet das Verfahren gegenüber konventionellen Schmelzschweißverfahren weit reichende Vorteile. Die Nutzung dieser Vorteile steht jedoch zunächst noch am Anfang, so dass die Entwicklungs- und Qualifizierungszeiten zum Einen hoch sind. Zum Anderen werden noch nicht alle Prozessmechanismen und Prozessphänomene verstanden. Ein Hilfsmittel zur Verkürzung der Entwicklungszeiten sowie zur Abbildung und Validierung des Prozessgeschehens bildet die Erstellung eines Simulationsmodells und deren Umsetzung in einer entsprechenden Software. Diese Arbeit konzentriert sich dabei auf die Entwicklung eines physikalischmathematischen Modells zur thermischen Simulation des Rührreibschweißprozesses. Die zu berechnenden Prozessantwortgrößen sollen eine erste Abschätzung der Nahtqualität bzw. Nahtcharakteristika bei gegebener Schweißaufgabe und gegebenen Schweißparametern ermöglichen. Zudem können die Ergebnisse der thermischen Simulation in nachfolgende thermo-mechanische Simulationen eingehen.