Christian Johannes Egger, 2025
| Titel | Charakterisierung und Modellierung von Werkstoff und Schweißnahtqualität für das Hochfrequenz- Induktionsschweißen von Rohren | |
| Autor/Autor | Christian Johannes Egger | |
| Verleger | Vulkan Verlag GmbH | |
| Erscheinungsjahr | 2025 | |
| Gesamttitel | Werkstofftechnologische Schriftenreihe ; Band 28 | |
| Hochschulschrift | Zugl.: Dortmund, Technische Universität Dortmund, 2025 | |
| ISBN | 978-3-8027-8835-2 | |
| Sprache | Deutsch | |
| Schlagwörter | Stahlrohre, HFI-Schweißen, FE-Simulation, Werkstoffe | |
| Bezugsquelle | 31,50€ beim Vulkan-Verlag |
Kurzfassung
Längsnahtgeschweißte Stahlrohre zeichnen sich durch eine hohe Formund
Maßhaltigkeit aus. Daher werden sie häufig als Halbzeuge im Anlagen-,
Maschinen- und Fahrzeugbau eingesetzt. Im automobilen Leichtbau
werden immer öfters Stahlrohre aus Werkstoffen mit hoher Festigkeit
verwendet. Die Verarbeitung solcher Stahlwerkstoffe hat auch die
Anforderungen an das zur Herstellung von längsnahtgeschweißten
Stahlrohren verwendete Hochfrequenz-Induktionsschweißen (HFI)
erhöht. Die zum HFI-Schweißen eingesetzten Werkzeuge, Verfahren
und Prozesse werden noch überwiegend empirisch ausgelegt. Bei
komplexen Verfahren wie dem HFI-Schweißen ist diese auf Versuch
und Irrtum basierende Prozessauslegung häufig nicht zielführend.
In dieser Arbeit wird ein virtuelles Prozessmodell der Stahlrohrherstellung,
bestehend aus Walzprofilieren und HFI-Induktionsschweißen, auf
Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) entwickelt. Das gekoppelte
elektromagnetisch-thermo-mechanische FE-Modell soll die automatisierte
Prozessauslegung und Optimierung des HFI-Schweißens ermöglichen.
Dafür ist eine sehr hohe Rechengenauigkeit erforderlich. Dies
soll durch eine exakte Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften
sowie eine phänomenologische Modellierung konstitutiver Gesetze
erreicht werden. Ferner soll die Schweißnahtqualität in Abhängigkeit
der relevanten Prozessgrößen charakterisiert und mit einem phänomenologischen
Modell beschrieben werden. Als Werkstoff wird der Vergütungsstahl
3 4MnB5 betrachtet.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verhalten von Werkstoff und
Schweißnahtqualität mit phänomenologischen Modellen realitätsgetreu
beschreiben lässt. Die experimentelle Validierung bestätigt, dass
durch die bidirektionale elektromagnetisch-thermo-mechanische
Kopplung die Genauigkeit der FE-Simulation verbessert wird. Mit dem
erstellten Prozessmodell können die Temperatur, Rollenkräfte, Geometrie,
Phase, Härte, Eigenspannungen und Schweißnahtqualität von
längsnahtgeschweißten Rohren exakt vorhergesagt werden. Das
Prozessmodell bietet somit die Basis für Prozessoptimierungen.