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Modellbildung und Simulation der Phasen- und Strukturumwandlungen beim Elektronenstrahlschweißen von Stahl/Aluminium- und Stahl/Kupfermischverbindungen

钢/铝和钢/铜混合化合物电子束焊接过程中相和结构转变的建模和模拟

基本信息

批准号：
192100460
负责人：
Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
金额：
--
依托单位：
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2011
资助国家：
德国
起止时间：
2010-12-31 至 2013-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/192100460?language=en
关键词：
Modellbildung und Simulation der Phasen

项目摘要

In vielen Anwendungsbereichen der Schweißtechnik, wie z.B. Automobil-, Nutzfahrzeug-, Schienenfahrzeug- oder Flugzeugbau, müssen Konstruktionsgewichte gering gehalten werden. Hierzu ging in der Vergangenheit die Entwicklung in Richtung höherfester Stähle bei gleichzeitiger Minimierung der Wandstärken. Diesem Trend sind jedoch Grenzen gesetzt, da aufgrund der dünnen Wandstärken die Bleche anfangen können zu beulen. Eine Alternative zur reinen Wandstärkenminimierung ist die Verwendung von Materialmischverbindungen. Neben Sandwichbauweisen auf Basis von Materialien wie faserverstärkten Kunststoffen werden in der Industrie aufgrund ihres großen Potenzials auch vielfältig metallische Mischverbindungen erfolgreich eingesetzt. Problematisch sind hier jedoch häufig noch Mischverbindungen artfremder Materialien wie z.B. Stahl/Aluminium oder Stahl/Kupfer. Ein wesentliches Problem beim Schweißen solcher artfremder Mischverbindungen ist beispielsweise intermetallische Phasenbildung, die in schlechten mechanischen Verbindungseigenschaften resultieren kann. Die alternativ eingesetzten kalten Verbindungstechniken Nieten oder Clinchen lassen keine Herstellung geschlossener Systeme zu. Solche Verbindungen sind jedoch von großer Bedeutung, da mit ihnen die spezifischen Eigenschaften der jeweiligen Werkstoffe, z.B. Korrosionsbeständigkeit oder geringes Gewicht, optimal genutzt werden können. Mit Elektronenstrahlschweißverfahren lassen sich artfremde Materialien vergleichsweise gut fügen, da es möglich ist, die Materialien unterschiedlich stark und lokal gezielt zu erhitzen. Die intermetallische Phasenbildung beim Schweißen artfremder metallischer Mischverbindungen ist bisher nicht ausreichend untersucht worden. Daher soll im Rahmen dieses Projektes ein Modell entwickelt werden, mit dem die Mechanismen der Phasen- und Strukturumwandlungen unter Berücksichtigung der intermetallischen Phasenbildung in der Übergangszone beim Elektronenstrahlschweißen artfremder Materialien (Stahl/Aluminiumlegierung und Stahl/Kupferlegierung) beschrieben werden können. Zur Verifikation des Modells wird eine Serie von praktischen Experimenten einschließlich Phasen- und Strukturanalyse der hergestellten Schweißproben durchgeführt. Das erstellte Modell wird in eine geeignete numerische Form überführt, welche eine Integration in bestehende FEM-Simulationssoftware ermöglicht. Im Rahmen des beantragten Projektes erfolgt diese Integration in die Software BeamSIM, die zur Modellierung von Elektronenstrahl- und Laserschweißverfahren entwickelt worden ist. Ziel dieser Implementierung ist es, die jeweils optimalen Schweißparameter für eine Phasenumwandlung unter Berücksichtigung der genannten Randbedingungen zu berechnen. Abschließend wird auf Basis der erzielten Ergebnisse eine technologische Empfehlung für das Elektronenstrahlschweißen von Stählen mit Aluminium- und Kupferlegierungen erstellt, mit der eine Herstellung von Schweißverbindungen, deren mechanische Eigenschaften mindestens gleichwertig zu denen des niedriger festen Grundwerkstoffs sein werden, gewährleistet werden kann.

在 vielen Anwendungsbereichen der Schweißtechnik 中，wie z.B. Automobil-、Nutzfahrzeug-、Schienenfahrzeug- oder Flugzeugbau、müssen Konstruktionsgewichte gering gehalten werden。 Hierzu ging in der Vergangenheit die Entwicklung in Richtung höherfester Stähle bei gleichzeitiger Minimierung der Wandstärken。流行趋势是一种流行趋势，它是一种流行趋势。 Eine Alternative zur reinen Wandstärkenminimierung ist die Verwendung von Materialmischverbindungen。 Neben Sandwichbauweisen auf Basis von Materialien wie faserverstärkten Kunststoffen werden in der Industrie aufgrund ihres großen Potenzials auch vielfältig metallische Mischverbindungen erfolgreich eingesetzt. Problematisch sind hier jedoch häufig noch Mischverbindungen artfremder Materialien wie z.B.斯塔尔/铝或斯塔尔/Kupfer。 Ein wesentliches Problem beim Schweißen solcher artfremder Mischverbindungen ist beispielsweise intermetalische Phasenbildung, die in schlechten mechanischen Verbindungseigenschaften resultieren kann.替代性的安装方式包括连接或安装系统。 Solche Verbindungen sind jedoch von großer Bedeutung, da mit ihnen die spezifischen Eigenschaften der jeweiligen Werkstoffe, z.B. Korrosionsbeständigkeit oder geringes Gewicht，最佳 genutzt werden können。 Mit Elektronenstrahlschweißverfahren lassen sich artfremde Materialien vergleichsweise gut fügen, da es möglich ist, die Materialien unterschiedlich stark und lokal Gezielt zu erhitzen. Die intermetalische Phasenbildung beim Schweißen artfremder metallischer Mischverbindungen ist bisher nicht ausreichend untersucht worden。 Daher soll im Rahmen dieses Projektes ein Modell entwickelt werden, mit dem die Mechanismen der Phasen- und Strukturumwandlungen unter Berücksichtigung der intermetalischen Phasenbildung in der Übergangszone beim Elektronenstrahlschweißen artfremder Materialien （Stahl/Aluminiumlegierung und Stahl/Kupferlegierung）请参阅。 Zur Verifikation des Modells wird eine Serie von praktischen Experimenten einschließlich Phasen- und Strukturanalysis der hergestellten Schweißproben durchgeführt。 Das erstellte Modell wird in eine geeignete numericsche Form überführt, welche eine Integration in bestehende FEM-Simulationssoftware ermöglicht. Im Rahmen des beantragten Projektes erfolgt diese Integration in the Software BeamSIM, die zur Modellierung von Elektronenstrahl- and Laserschweißverfahren en entwickelt worden ist. Ziel 的实现是指在初始状态下的阶段优化参数。铝和铜合金的电子技术应用基础，以及机械设备的机械特性 gleichwertig zu denen des niedriger festen Grundwerkstoffs sein werden，gewährleistet werden kann。