Tobias Loose Einfluß des transienten Schweißvorganges ... - Tl-ing.de

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5 Temperaturfeldberechnung 1000 900 Spezifische Wärmekapazität in J/(kg K) 800 700 600 500 400 300 200 -Phase -Phase 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Temperatur in °C Abbildung 5.4: spezifische Wärmekapazität von Stahl h in 10 5 J/kg 6 -Phase -Phase 4 2 300 600 900 1200 1500 in°C Abbildung 5.5: Latente Wärme durch Phasenumwandlung [BF04] 68
5 Temperaturfeldberechnung Die Berechnung der latenten Wärme bei der Phasenumwandlung wird wie in Abbildung 5.5 dargestellt durchgeführt. Die Enthalpiedifferenz zwischen α- und γ-Phase wird bei der Umwandlung bestimmt. Die Auswirkung der Gefügeumwandlung auf die latente Wärme und den Temperaturverlauf soll durch ein Berechnungsbeispiel erläutert werden. Ein Blech wird durch konstante Wärmezufuhr von 500 ◦ C auf 1400 ◦ C aufgeheizt und anschließend an freier Luft auf 500 ◦ C abgekühlt. Der Einfluß der Phasenumwandlung und die damit verbundene Entstehung der latenten Wärme ist in dem in Abbildung 5.6 dargestellten Temperatur-Zeit- Verlauf nur schwach erkennbar. Dagegen ist der Enthalpiesprung bei Auftragung der spezifischen Enthalpie über der Zeit bei der Phasenumwandlung von Ferrit nach Austenit (α → γ) und bei der Phasenumwandlung von Austenit nach Ferrit (γ → α) deutlich erkennbar (siehe Abbildung 5.7). Die Enthalpie wurde aus der phasenabhängig definierten spezifischen Wärmekapazität (siehe Abbildung 5.4) und der Phasenumwandlung nach dem Leblond-Modell berechnet. Der genaue Temperaturverlauf innerhalb des Schmelzbades ist für die Schweißsimulationsberechnung von untergeordneter Bedeutung. Es kommt im wesentlichen darauf an, daß der Erstarrungszeitpunkt zutreffend berechnet wird. Aus diesem Grund wird ohne Schmelzenthalpie gerechnet. Die Temperatur im Schmelzbad ist in der numerischen Berechnung geringfügig größer als in Wirklichkeit. Diese Abweichung ist von vernachlässigbarem Einfluß. 5.4 Wärmeleitung beim Schweißen Die Wärmeleitung beim Schweißen kann in zwei Kategorien unterteilt werden: die zweidimensionale Wärmeleitung und die dreidimensionale Wärmeleitung. Bei der zweidimensionalen Wärmeleitung bildet sich ein Temperaturgradient nur in Blechebene aus. Der Temperaturgradient in Blechdickenrichtung ist vernachlässigbar klein. Die zweidimensionale Wärmeleitung tritt beim einlagigen Schweißen von Blechen geringer Blechdicke auf. Dieser Vorgang kann mit Schalenelementmodellen abgebildet werden. 69
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Lieber Leser, die vorliegende Schri
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