Forschung
Induktives Erwärmen von Stahlwerkstoffen vor und nach der Schweißung wird zunehmen eingesetzt. Um schneller, material- und energiesparender zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen, hat TIME im SindE-Projekt – gefördert vom europäischen EFRE-Programm – das entsprechende Simulationsmodell erarbeitet und eine äquivalente Wärmequelle entwickelt. - © TIME
18.06.2022

Induktive Wärme spart Energie, ist sauberer und besser automatisierbar

Induktive Wärme spart Energie, ist sauberer und besser automatisierbar

TIME, das Technologie-Institut für Metall und Engineering, hat sein Simulationsangebot rund um die moderne Schweißtechnik in einem aktuellen von EU und Land geförderten Projekt um die induktive Erwärmung erweitert. Als Ergebnis der elektromagnetischen Simulationen und Validierungsversuche hat das Expertenteam aus Wissen unter anderem eine äquivalente Wärmequelle entwickelt, mit der Simulationen zukünftig schneller durchgeführt werden können.

Moderne Stahlwerkstoffe müssen häufig vor dem Schweißen vorgewärmt werden, damit ihre Schweißbarkeit gewährleistet werden kann. Andererseits müssen viele geschweißte Bauteile nach dem Schweißen wärmebehandelt und gerichtet werden. Die Erwärmung von Schweißbauteilen mittels Induktion gilt dafür im Vergleich zur herkömmlichen Autogentechnik als geeignete Alternative. Denn die Vorteile des Verfahrens liegen in der schnellen und örtlich begrenzten Erwärmung des Werkstücks sowie in flammfreien, risikoarmen sowie sauberen Arbeitsabläufen und der Energieeinsparung.

Um die induktive Wärmewirkung besser abschätzen und das Prozessverständnis erhöhen zu können, verwendet TIME gekoppelte elektromagnetische und thermische Simulationen. Die Wechselwirkungen der elektrischen und magnetischen Felder sind dabei entscheidend für die Ausbildung der Leistungsdichten und die daraus resultierenden Temperaturen im Werkstück. Mithilfe von äquivalenten Wärmequellen in Kombination mit Validierungsversuchen und Werkstoffsimulationen konnten die TIME-Experten den Berechnungsaufwand gegenüber gekoppelten Simulationen deutlich beschleunigen. Dank dieser Simulationen können schweißtechnische Unternehmen kostenintensive Versuchsaufbauten reduzieren, dabei weniger Material verbrauchen und schneller zum Ziel kommen. Insgesamt ist der Aufwand transparenter plan- und gestaltbar.

Ressourceneinsparung durch Digitalisierung der Fertigung

Im Rahmen des Projekts SindE (die Abkürzung steht für: Simulation des induktiven Erwärmens) wurden sowohl Erwärmungsversuche mit einem Induktionsheizgerät, welches von der Fa. Technolit zur Verfügung gestellt wurde, als auch eine Vielzahl an Simulationen durchgeführt. Diese umfassten sowohl Werkstoffsimulationen mit der Software „JMatPro General Steels“ zur Ermittlung von temperaturabhängigen Werkstoffkennwerten als auch elektromagnetisch-thermisch gekoppelte Simulationen zur näherungsweisen Berechnung von Leistungsdichten, Temperaturfeldern und Wärmeströmen. Gestützt wurden die simulativen Untersuchungen durch die zeitabhängige Messung von elektrischen Prozessgrößen und Temperaturen in Erwärmungsversuchen.

Induktives Erwärmen von Stahlwerkstoffen vor und nach der Schweißung wird zunehmen eingesetzt. Um schneller, material- und energiesparender zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen, hat TIME im SindE-Projekt – gefördert vom europäischen EFRE-Programm – das entsprechende Simulationsmodell erarbeitet und eine äquivalente Wärmequelle entwickelt. - © TIME
Induktives Erwärmen von Stahlwerkstoffen vor und nach der Schweißung wird zunehmen eingesetzt. Um schneller, material- und energiesparender zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen, hat TIME im SindE-Projekt – gefördert vom europäischen EFRE-Programm – das entsprechende Simulationsmodell erarbeitet und eine äquivalente Wärmequelle entwickelt. © TIME

Die Auswertung der elektromagnetischen Berechnungen zeigte richtungsabhängig charakteristische Formen der Leistungsdichte im Werkstück auf. Unter der Annahme, dass die Leistungsdichte mit zunehmender Temperatur im Bauteil abnimmt, modellierte TIME den Wärmeeintrag in Abhängigkeit von elektromagnetischen Größen und der Temperatur. Mit dem Einsatz äquivalenter Wärmequellen gelingt es, den Berechnungsaufwand zur Berücksichtigung der Einflussgrößen, wie z.B. die Geometrie des Induktors oder der Werkstoff des magnetischen Feldverstärkers, drastisch zu reduzieren.

Äquivalente Wärmequelle kalibrieren

In Folge der induktiven Verluste und der Wirbelstromverluste entstehen hohe Heizraten in den umgebenden Werkstückoberflächen. Bei der Simulation der induktiven Erwärmung darf daher der Einfluss elektrischer und magnetischer Felder unter Änderung der Temperatur nicht vernachlässigt werden. Mithilfe äquivalenter Wärmequellen, welche die elektromagnetischen Werkstoffkennwerte berücksichtigen, kann mit der FEM-basierten Simulation der Erwärmungsprozess bereits in der Entwicklungsabteilung geplant und die entstehenden Temperaturen mit guter Genauigkeit prognostiziert werden.

„Mit der Anwendung von Simulationstechniken können wir die physikalischen Zusammenhänge der Induktionserwärmung veranschaulichen und die Praxis nachbilden“, erklärt TIME-Projektleiter Tobias Girresser. „Sie sind ein Baustein zur besseren Automatisierung von Schweißprozessen und reduzieren den CO2-Ausstoß.“ Ein Grund, weswegen das Projekt von EFRE gefördert wird.

Kontakt:

TIME – Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH
Koblenzer Str. 43, 57537 Wissen
Tel. 02742 / 912727-0
Mail: info@TIME-RLP.de
Web: www.TIME-RLP.de

(Quelle: Presseinformation der TIME – Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH)

Schlagworte

Induktive WärmeSchweißtechnikSimulationStähleVorwärmen

Verwandte Artikel

Der neue Produktionsprozess mit der EHLA3D-Technologie ermöglicht es, komplexe Geometrien effizient zu produzieren, mit hochfesten Materialien zu beschichten oder zu reparieren.
02.07.2024

Eine neue Dimension der Additiven Fertigung

Vom Laserauftragschweißen zur Additiven Fertigung: Ein Forschungsprojekt hat das Potenzial, die Materialverarbeitung mit EHLA3D zu revolutionieren.

Additive Fertigung EHLA EHLA3D Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Fertigungstechnik Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Kreislaufwirtschaft Laserauftragschweißen Lasertechnologien Luftfahrt Raumfahrt Schweißtechnik Werkzeugbau
Mehr erfahren
Mit dem richtigen Schweißbrenner lässt sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität erzielen.
28.06.2024

Wirtschaftlich und prozesssicher schweißen – wie geht das?

Der Schweißbrenner wird oft unterschätzt und ist doch so wichtig für den Schweißprozess. Wie sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität...

Schweißbrenner Schweißtechnik Verschleiß
Mehr erfahren
Achim Liebenau, Jens Brill, Hilko Malek, Dirk Zimmermann, Uwe Kloss.
26.06.2024

Brillgruppe übernimmt Korsing Schweißtechnik

Im Zuge einer zukunftsorientierten Nachfolgeregelung gibt die Korsing Schweißtechnik GmbH ihren Zusammenschluss mit der BRILLGRUPPE bekannt. Diese bedeutende Entwicklung...

Arbeitsschutz Handwerksbedarf Industriebedarf Schweißtechnik Schweißzusatzwerkstoffe
Mehr erfahren
Vielseitig einsetzbar: Die Speedglas Schweißmasken der Serie G5-03 sind für unterschiedliche Schweiß-und Schleifaufgaben geeignet.
25.06.2024

Die neue 3M Speedglas Schweißmaske G5-03

3M hat die die fünfte Generation der 3M Speedglas Schweißschutzmasken entwickelt, um besseren Komfort und sichereres Arbeiten zu gewährleisten. Dazu gehört die G5-03 – ei...

Arbeitsschutz Arbeitssicherheit Schweißerhelme Schweißermasken Schweißmasken Schweißtechnik
Mehr erfahren
23.06.2024

Call for Papers für die Tagung ROBOTER 2025

Die Tagung ROBOTER 2025 findet am 18. und 19. Februar 2025 in der Schwabenlandhalle in Fellbach statt. Ab sofort können Vorträge für die Veranstaltung eingereicht werden....

Additive Fertigung Automation Cloud Robotics Cobots Cybersicherheit Digitalisierung Energieeffizienz Fügetechnik Handwerk Industrie Industrieroboter KI Kosteneffizienz Robotik Schweißtechnik
Mehr erfahren