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Predicting and managing weld induced distortion in thin-walled, steel structures

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Geringere Werftkosten durch besseres Stahlschweißen

Europäische Forscher führten umfangreiche Experimente und Berechnungen mit geschweißten Dünnmetallplatten durch, die Fehler und erhöhte Werftkosten vermeiden könnten.

Industrielle Technologien

Schweißen ist das bevorzugte Verfahren zum Verbinden von Metallplatten. Allerdings sind dünnere Stahlplatten, die sich für den Bau leichterer Schiffe anbieten, erhöhten Verwindungen ausgesetzt und werden daher kaum verbaut, da bei Versagen die Gesamtkosten pro Schiff steigen. Die EU-geförerten Forscher des Projekts "Predicting and managing weld induced distortion in thin-walled, steel structures" (Distortion) arbeiteten mit experimentellen Messungen, kombiniert mit Finite-Elemente-Modellierung, um Beziehungen zwischen Schweißprozess-Parametern und vorhandenen Materialbelastungen zu identifizieren und Verwindungen zu minimieren. In aufwändigen Experimenten wurden durch Stumpfschweißen aus hochfesten Legierungen hergestellte Stahlplatten untersucht. Da eine niedrige Umwandlungstemperatur (LTT, Low Transformation Temperature) die Endfestigkeit des Materials erhöht, musste die Studie insbesondere messen, welche Temperaturen und Materialverformungen während Erwärmungs- und Abkühlphasen auftreten. Die Verhältnisse wurden mithilfe der Neutronenbeugungs-Technik zur Messung von Eigenspannungen ausgewertet. Nützliche Informationen für das Finite-Elemente-Modell lieferte auch der kinetische Zusammenhang zwischen Umwandlungstemperaturen und Mikrostrukturen der Schweißnähte. Um Verwindungen in dünnwandigen Strukturen vorherzusagen, implementierten die Forscher den numerischen Ansatz in eine thermoelastisch-plastische Analyse der geschweißten Platten. Der effiziente Algorithmus erleichterte die Materialauswahl für den LTT-Schweißdraht, der im letzten Schweißgang für die gewünschte Spannung sorgt. Zahlreiche Simulationen und experimentelle Analysen von dünnwandig geschweißten Stahlkonstruktionen lieferten der Schiffbauindustrie nützliche Optimierungsvorschläge zu Verfahren und Materialien, um Verwindungen in solchen Strukturen zu reduzieren. Im weiteren Verlauf versprechen die Erkenntnisse des Projekts ein neues Verständnis der vielen Parameter, die Verwindungen in dünnen Stahlplatten bestimmen, sowie für Werften deutlich reduzierte Fertigungskosten bei der Nachbearbeitung von Bauteilen.

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