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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.

在众多的焊接技术中，如z.B.汽车、核运输、航天运输或飞机制造，都需要建造韦尔登。Hierzu ging in der Vergangenestablishment die Entwicklung in Richtung höherfester Stähle bei gleichzeitiger Minimierung der Wandstärken.这一趋势是一个非常明显的趋势，它使人们对未来的期望越来越高。Eine Alternative zur reinen Wandstärkenminimierung ist die Verwendung von Materialmischverbindungen. Neben Sandwichbauweisen auf Basis von Materialien wie faserverstärkten韦尔登stoffen韦尔登in der Industrie aufgrund ihres großen Potenzials auch vielfältig metallische Mischverbindungen erfolgreich eingesetzt. Problematisch sind hier jedoh häufig noch Mischverbindungen artfremder Materialie z.B.斯塔尔/铝或斯塔尔/库普弗。一个在瑞士解决的问题是一个复杂的金属间的阶段性问题，在这种机制下，复合材料可以产生结果。替代性的焊接技术或临床技术没有任何系统的缺陷。因此，使用珠宝制造商Z.B.的特殊特征，可以大大减少使用量。最好的选择还是选择最好的韦尔登。Mit Elektronenstrahlschweißverfahren lassen sich artfremde Materialien vergleichsweise gut fügen，da es möglich ist，die Materialien unterschooledlich stark und lokal gezielt zu erhitzen. Die intermetallische Phasenbildung beim Schweißen artfremder metallischer Mischverbindungen ist bisher ausreichend untersucht沃登。因此，在金属间化合物相态培养的相态和结构控制机制的研究中，需要一个韦尔登，该模型在电子束辐射区的金属间化合物相态培养中发挥作用，从而使材料（斯塔尔/金属最小化和斯塔尔/Kupferlegierung）得到韦尔登。模型验证将是一系列实际实验，通过对高精度的焊接探针进行相位和结构分析。该模型将在一个geeignete numerische形式überführt，以及一个集成在最好的FEM-Simulationssoftware ermöglicht。在BeamSIM软件中集成了这些工程项目，从而可以对电子和激光的辐射进行沃登。Ziel dieser Implementierung is es，die jeweils optimalen Schweißparameter für eine Phassponge wandlung 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 erstelt，mit der eine Herstellung von Schweißverbindungen，deren mechanische Eigenschaften mindestens gleichwertig zen des niedriger festen Grundwerkstoffs sein韦尔登，gewährleistet韦尔登kann.