Eine Finite-Elemente-Modellierung für die Schweißnahtverfestigung
Das EU-finanzierte Projekt WELDMECS (Welding metallurgy and cracking in superalloys) wurde initiiert, um Kriterien für die Bildung von Warmrissen bei Superlegierungen auszuarbeiten. Diese könnten zur Entwicklung eines Finite-Elemente (FE)-Modells verwendet werden, um die Herstellung von Flugzeugen zu unterstützen. Risse entstehen während der Verfestigung aufgrund unterschiedlicher Schmelzpunkte von Materialien sowie aufgrund von Unreinheiten in einer Superlegierung. Im Rahmen von WELDMECS wurde auf ein Modell abgezielt, das thermomechanische Simulationen zur Einschätzung des Risikos auf die Bildung von Rissen ermöglicht. Umfassende Tests bezüglich der Schweißbarkeit mithilfe des neu gebauten Varestraint-Equipments unterstützten die Entwicklung des Modells. Mit dem Varestraint-Equipment untersuchten die Forscher die Mikrostruktur von Materialien. Im Zuge der Tests wurde parallel zu der Schweißstelle der Proben Spannung (Biegekraft) angewandt. Das Ausmaß der Rissbildung wurde als Indikator für die Empfindlichkeit gegenüber Warmrissen gesehen. Gleeble-Tests, ein weiteres gängiges Prüfprotokoll, wurden zudem angewandt, um die Kriterien für die Warmrissbildung zu bestimmen. Vor den Gleeble-Tests wurden die Proben in den betreffenden Zonen einer Wärmebehandlung unterzogen. Diese wurden daraufhin bei drei unterschiedlichen Temperaturen getestet: unter, bei und über der Duktilitäts-Tauchtemperatur. Die Forscher vermuteten, dass es einen Temperaturbereich oberhalb der Verfestigungstemperatur gibt, in dem Materialien eine extreme Sensitivität gegenüber einer Kunststoffverformung zeigen. Das FE-Modell berücksichtigt dies hinsichtlich der Umwandlung verfügbarer Informationen in einen Parameter, welcher das Risiko auf die Bildung von Warmrissen abbildet. Die WELDMECS-Arbeit resultierte in FE-Modellen, welche bezüglich der Beurteilung von Wärme- und Verformungsauswirkungen zwei der am häufigsten verwendeten experimentellen Tests simulierten. Hierdurch werden der Bedarf für umfassende Tests und dementsprechend die Zeit und Kosten für die Bestimmung geeigneter Bedingungen für die Herstellung von Flugzeugtriebwerkskomponenten minimiert.
Schlüsselbegriffe
Finite-Elemente-Modellierung, Schweißen, Flugzeugtriebwerk, WELDMECS, Warmriss
