Numerische Analyse geschweißter Verbindungen von Duplexstahl und Quarzglas

Schweißverbindungen sind ein wesentliches Element im konstruktiven Ingenieurwesen. Ausgehend von der Verbindung aus gebräuchlichen Baustählen ermöglicht die Weiterentwicklung der Schweißtechnologie auch Verbindungen aus modernen hochfesten Stählen und Glaswerkstoffen. Eine Untersuchung der Schweißverbindungen hinsichtlich der Trageigenschaften kann sowohl experimentell als auch numerisch mit den heutzutage verfügbaren Methoden erfolgen. Insbesondere bei der numerischen Analyse ist die Erfassung der nichtlinearen thermischen und mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe wichtig, um eine realitätsnahe Bestimmung von Temperatur, Gefüge und Eigenspannung bei unterschiedlichen Verbindungsarten zu ermöglichen.

Die Simulation einer mehrlagigen Schweißverbindung von Duplex-Stahl zeigt, dass eine gezielte Wärmeführung beim MAG-Schweißen durch Variation der Schweißparameter ein günstiges Verhältnis zwischen Ferrit und Austenit erreicht werden kann, um beispielsweise eine gute Korrosionsbeständigkeit auch in der Schweißnaht zu gewährleisten.

Der Werkstoff Quarzglas lässt sich mittels CO₂-Laser im Allgemeinen als Stumpfnaht schweißen. Bei den Simulationen der Schweißverbindungen einer Platte und eines Rohres werden deutlich, dass eine Optimierung der Schweißtechnologie von Vorwärm- und Schweißlaserstrahl notwendig ist, um die thermische Belastung während des Schweißprozesses und Eigenspannungen in der Verbindung zu reduzieren. An der Professur Stahlbau der Bauhaus-Universität Weimar sind numerische Simulationen von Schweißverbindungen aus Stahl- und Glaswerkstoffen ein aktueller Forschungsschwerpunkt.