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FachberichtE Rohrnetz<br />
Erste Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass<br />
mit dem entwickelten Modell der axiale Temperaturverlauf<br />
in der Rohrwand in guter Übereinstimmung mit auf<br />
Baustellen gemessenen Werten abgebildet werden<br />
kann, s. Bild 3. Nach Abschluss der Arbeiten steht damit<br />
ein Software‐Tool zur Verfügung, mit dem auf der Baustelle<br />
vor Ort <strong>die</strong> <strong>für</strong> eine effektive und sichere Vorwärmung<br />
einzustellenden Prozessparameter ermittelt werden<br />
können.<br />
Bild 3. Berechneter Temperaturverlauf entlang der Rohrwand<br />
im Vergleich mit gemessenen Temperaturwerten.<br />
3. Thermomechanische Schweißsimulation<br />
Neben den Untersuchungen zur Vorwärmung steht <strong>die</strong><br />
Simulation des eigentlichen Schweißprozesses im Mittelpunkt<br />
der Forschungsarbeiten. Die zentrale zu<br />
lösende Aufgabe besteht in der Berechnung der instationären<br />
Temperaturverteilung beim Schweißen, da <strong>die</strong><br />
Festigkeit der Verbindung im Wesentlichen durch <strong>die</strong><br />
Gefügeumwandlungen und <strong>die</strong> thermischen Dehnungen<br />
infolge des Schweißtemperaturzykluses bestimmt<br />
wird. Ist <strong>die</strong> Temperaturverteilung berechnet, lassen<br />
sich daraus mittels Spannungsanalyse Aussagen zur<br />
Belastung im Bereich der Schweißnaht sowie zu sich<br />
einstellenden Eigenspannungen ableiten. Ebenso können<br />
anhand des Temperaturverlaufes Vorhersagen<br />
bezüglich zu erwartender Gefügeumwandlungen<br />
getroffen werden.<br />
Die thermische Simulation des Lichtbogenhandschweißens<br />
erfolgt numerisch auf Basis der Finite‐Elemente‐Methode<br />
(FEM) [3]. Die Schweißelektrode wird<br />
hierbei als sich in Nahtrichtung bewegende Wärmequelle<br />
modelliert, wobei eine doppelellipsoide Volumenquelle<br />
mit Normalverteilung der Wärmeleistungsdichte<br />
angenommen wird, vgl. Bild 4. Diese Art der<br />
Modellierung hat sich gegenüber ebenen Wärmequellflächen<br />
durchgesetzt, da <strong>die</strong> durch Wärmeleitung<br />
und Schmelzbadkonvektion hervorgerufene Wärmeverteilung<br />
in Tiefenrichtung des Bauteils besser<br />
Bild 5. Finite-Elemente-Modell <strong>für</strong> <strong>die</strong> transiente thermische Simulation<br />
einer Kehlnahtschweißprobe und berechnete Temperaturverteilung<br />
im Berech der Schweißelektrode.<br />
Bild 4. Normalverteilte doppelellipsoide Volumenwärmequelle<br />
nach Goldak [4].<br />
April 2012<br />
246 <strong>gwf</strong>-<strong>Gas</strong> <strong>Erdgas</strong>
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