Schweißnahtplanung

<Schlüsselprinzip> Erstellung von Schweißkonstruktionen und Auswahl von Materialkombinationen, um die Wärmeerzeugung mit einem Fokus auf die Schweißnahtoberfläche auszugleichen.

<Reales Problem> Es ist unmöglich, die Wärmeerzeugung in der Schweißnaht zu erkennen, daher ist es schwierig, gute Schweißnahtkonstruktionen zu erstellen, um den besten Wärmehaushalt zu erzielen.

<Digitale Lösung> Visualisieren Sie die Wärmeerzeugung und prognostizieren Sie die Schweißbarkeit durch Simulationen mit allen Optionen für die Schweißnahtkonstruktion und Materialkombinationen.

In der Schweißnahtkonstruktionsphase liegt der Fokus auf den geometrischen Konstruktionsoptionen, wenn die Werkstoffe bereits durch die Produktanforderungen festgelegt wurden, oder auf den Materialwahlen, wenn die Konstruktionen der Komponenten bereits für die Anwendung festgelegt wurden, oder es stehen sowohl geometrische Konstruktionen als auch Materialwahlen zur Verfügung zu entscheiden, um die besten Schweißergebnisse zu erzielen. Sehr oft ist es auch wichtig, die Positionen der Schweißpunkte und auch den Abstand zwischen den Schweißpunkten zu optimieren und zu bestimmen, um die beste Qualität der geschweißten Strukturen zu erhalten.

Durch Schweißsimulationen mit SORPAS können alle Geometrien und Materialkombinationen simuliert werden. Die optimalen Lösungen können basierend auf den Ergebnissen von Simulationen erhalten werden.

Im Folgenden werden weitere Details zu den Schweißkonstruktionslösungen für Punktschweißen, Buckelschweißen und mechanische Verbindungsanwendungen beschrieben.

Konstruktionsfaktoren für Punktschweißen und Schweißbarkeit von Werkstoffen

Für das Widerstandspunktschweißen sind die wichtigsten Faktoren für die Schweißkonstruktion die folgenden:

  • Dickenverhältnis der Bleche
  • Festigkeitsverhältnis der Plattenmaterialien
  • Widerstandsverhältnis der Plattenmaterialien
  • Oberflächenbeschichtungseigenschaften und -bedingungen
  • Position der Schweißnaht nahe der Kante oder Ecke

Jedes Mal, wenn ein neues Material mit Schweißen und Fügen in die Produktion eingeführt wird, müssen viele Untersuchungen durchgeführt werden, um die Schweißbarkeit des Materials und die Machbarkeit der Implementierung des Materials in der Produktion zu bewerten. Von Zeit zu Zeit können Materiallieferanten auch für die laufende Produktion in den Montagewerken gewechselt werden. Dies erfordert häufig eine Bewertung der Schweißbarkeit von Materialien der neuen Lieferanten, um die Schweißqualität und die Produktionsstabilität aufrechtzuerhalten.

SORPAS 2D.Welding und SORPAS 3D.Welding wurden als leistungsstarkes Werkzeug zur Bewertung der Schweißbarkeit von Werkstoffen mit verschiedenen Verhältnissen von Blechdicke und Werkstoffen eingesetzt.

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Das Verhältnis der Blechdicke (dickste zu dünnste) muss beim Widerstandspunktschweißen kleiner als 3: 1 sein.

Eines der am häufigsten auftretenden Probleme mit der Schweißbarkeit in der Automobilindustrie ist das Punktschweißen mit drei Blechen mit einem dünnen Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und zwei dickeren Stählen mit höherer Festigkeit.

Veröffentlichung im Schweißjournal 2011: Three-Sheet Spot Welding of Advanced High-Strength Steels.

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Experimentelle und numerisch berechnete Querschnittsansichten von Mittelpunktschweißnähten beim Drei-Blech-Punktschweißen

In den letzten Jahren wurde SORPAS eingesetzt, um die Widerstandsfähigkeit der 3. Generation hochfester Stähle (AHSS) beim Punktschweißen zu verbessern.

Konferenzbeitrag zum 11. Internationalen Seminar zur numerischen Analyse der Schweißbarkeit (2015):

Improved Resistance Spot weldability of 3rd Generation AHSS for Automotive Applications

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Überblick über das thermomechanische Modell von SORPAS mit Darstellung der Proben- und Elektrodengeometrien und einer Nahaufnahme des Netzes

SORPAS wurde auch verwendet, um den Riss von Flüssigmetallversprödung (LME) beim Schweißen von Zn-beschichtetem hochfestem Stahl zu verstehen. Viele Forscher verwenden SORPAS, um die Faktoren zu untersuchen, die die LME während des Punktschweißens beeinflussen, wie z. B. Temperatur und Spannung im LME-empfindlichen Bereich. Es wurde auch verwendet, um den Einfluss der Elektrodengeometrie und des unterschiedlichen Schweißplans zu analysieren, um LME-Risse zu vermeiden.

Verwandte Veröffentlichungen:

Current density in dome and radius type electrodes by SORPAS 2D.welding
Stromdichte in Kuppel- und Radiuselektroden, in denen die Strombiegung erklärt wird (Abbildung aus *)

Auslegungsfaktoren für Buckelschweißen und Schweißbarkeit von Werkstoffen

Anders als beim Punktschweißen, bei dem die Konstruktion von Elektroden wichtig ist, um den Schweißstrom auf die Schweißzone zu konzentrieren, ist beim Buckelschweißen die Konstruktion von Vorsprüngen auf Werkstücken wichtig, um den Strom zu lokalisieren. Die Elektroden liefern nur die Schweißkraft und leiten den Schweißstrom zu den Werkstücken.

Die lokalen Vorsprünge an den Werkstücken können speziell so ausgelegt werden, dass der Schweißstrom auf die Schweißzone konzentriert wird, z. B. Prägung auf Flachblech, Ringvorsprung auf Rundmutter oder Eckvorsprünge auf Vierkantmutter usw. Die natürlichen Formen der Werkstücke können ebenfalls verwendet werden als Vorsprünge, um den Schweißstrom auf die Schweißzone zu konzentrieren, z. B. Querdrahtschweißen und Verschmelzen von Runddraht mit Flachstecker.

Die Konstruktionsfaktoren beim Buckelschweißen sind die Form, der Winkel und die Höhe der Buckel. Das Konstruktionsprinzip des Buckelschweißens besteht darin, dass die Konstruktion von Buckeln wirksam ist, um den Strom zu konzentrieren, aber stabil zu sein und nicht zu schnell zusammenzufallen oder schwere Ausstöße zu verursachen.

Durch eine effektive Konzentration des Stroms mit Vorsprüngen auf den Werkstücken können beim Buckelschweißen weitgehend unterschiedliche Werkstoffe geschweißt werden, die sich möglicherweise nicht durch Punktschweißen schweißen lassen. Durch das Aufbringen strategischer Oberflächenbeschichtungen ist es sogar möglich, extrem schwierige Werkstoffe durch Buckelschweißen wie Kupferlegierungen auf Stahl zu schweißen.

Um die Wärmeerzeugung mit der besten Wärmebilanz an der Schweißnaht zu erzielen, ist der Vorsprung im Allgemeinen an der Seite anzubringen, an der die Wärmeerzeugung schwieriger ist:

Bei ähnlichen Materialien muss der Vorsprung aufgrund des größeren Volumens und der zu erhitzenden Masse auf dem dickeren Werkstück platziert werden.
Bei ungleichen Werkstoffen muss der Vorsprung auf dem Werkstück mit geringerem Widerstand platziert werden.
Ebenso soll die in der Regel höherohmige strategische Oberflächenbeschichtung auf das niederohmige Material aufgebracht werden.

Mit SORPAS2D.welding können die optimalen Entwürfe von Projektionen und die beste Auswahl strategischer Oberflächenbeschichtungsmaterialien, die am besten passenden einzelnen zu schweißenden Materialkombinationen für symmetrische Projektionsentwürfe und für komplexere Projektionen mit SORPAS 3D.welding effektiver simuliert werden Entwürfe. Die besten Projektionsdesigns erhalten Sie, wenn Sie die simulierten Schweißergebnisse mit verschiedenen Designs und Materialwahlen vergleichen.

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Das Projektionsdesign sollte effektiv sein, um den Strom zu konzentrieren und nicht zu schnell zusammenzubrechen

Konstruktionsfaktoren für mechanische Verbindungen und Qualität der Verbindungen

Mechanisches Fügen wird häufig zum Verbinden von unterschiedlichen Materialien verwendet und ist wahrscheinlich die einzige wirksame Methode zum Verbinden von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren mit Metallen. Das Stanznieten (Self Piercing Riveting, SPR) und das Clinchen werden am häufigsten zum Verbinden von Blechmaterialien in der Automobilindustrie verwendet.

Um die beste Verbindungsqualität zu erzielen, sollten Nietform und -material, Formdesign und -material sowie Werkzeugkraft entsprechend optimiert werden. Die Qualität der SPR-Verbindung kann anhand der wichtigsten Verbindungsfaktoren beurteilt werden, z. B. der Verriegelungslänge (Nietaufweitung), der Mindestdicke des Bodenblechs, der Höhe des Nietkopfs und der effektiven Länge des Niets im Bodenblech.

Mit SORPAS® 2D.joining kann das mechanische Fügen mit verschiedenen Ausführungen und Werkstoffen von Nieten und Matrizen für alle Kombinationen von Blechdicken und zu verbindenden Werkstoffen simuliert werden.

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Qualitätsfaktoren von Stanznieten: Verriegelungsabstand, Bodendicke und Kopfhöhe