Vereinfachte Modelle zur Schweißverzugsberechnung

Durch die inhomogene Erwärmung von Schweißverbindungen kommt es zu Verformungen, die durch kostenintensive Nachbehandlungen beseitigt werden müssen. Der Entstehungsmechanismus der Wärmedehnungen und Eigenspannungen wird in dieser Arbeit eingangs erläutert und die relevanten temperaturabhängigen Werkstoffkennwerte sowie das sich signifikant auswirkende Temperaturfeld beim Schweißen vorgestellt und veranschaulicht. Anschließend wird auf die Vorgehensweise bei der Anwendung der derzeit verfügbaren Methoden und Modelle zur Schweißverzugsberechnung eingegangen. Beginnend mit der FE-Simulation, wird das Maximaltemperaturmodell, das Modell der inhärenten Dehnungen und das Lokal-Global-Modell erklärt. Sehr ausführlich wird sich der Beschreibung des analytischen Schrumpfkraftmodells gewidmet. Den Kern der Arbeit bildet ein neues, analytisch numerisches Hybridmodell, welches in der Lage ist, schnell und ausreichend präzise, Schweißverzüge von Großstrukturen zu berechnen. Um den Anwendungsbereich des Modells auszuweiten, wird die Erfassung von modernen Schweißverfahren und neuen Werkstoffen realisiert sowie eine Möglichkeit vorgeschlagen, die Instabilität dünnwandiger Strukturen zu erfassen. Ebenso implementiert wird die Berechnung von Verzügen, hervorgerufen von krummlinig wandernden Wärmequellen. Zur Vereinfachung der Anwendung des Hybridmodells wird das Schrumpfkraftmodell in einer Software umgesetzt. Die Verifizierung der Software, des Kopplungsalgorithmus sowie die Untersuchung der Stabilität und Sensibilität des Hybridmodells erfolgt an Stumpfstoßverbindungen. Die Validierung geschieht eingangs an elementaren Schweißverbindungen, gefolgt von der Verzugsberechnung eines Demonstrators mit 8 und einer kompletten Decksektion aus dem Schiffbau mit 90 Schweißnähten.