Ein Flüssigsauerstofftank für die Luft- und Raumfahrt versagte katastrophal während einer hydrostatischen Druckprüfung. Die erste Untersuchung deutete auf die Reibrührschweißnaht (FSW) hin. Die volumetrische Analyse mittels Computertomographie, kombiniert mit Spannungssimulationen in SolidWorks, ergab die Grundursache: Aluminiumoxideinschlüsse, die durch eine unzureichende Rotationsgeschwindigkeit des Schweißwerkzeugs entstanden.
Lokalisierung mikroskopischer Defekte mit VGSTUDIO MAX und GOM Inspect 🔬
Der forensische Prozess begann mit einem hochauflösenden Röntgenscan der Schweißnaht in VGSTUDIO MAX. Diese Software ermöglichte die Identifizierung von Clustern aus Aluminiumoxideinschlüssen, die nur Mikrometer im Durchmesser groß sind und entlang der Rührzone verteilt waren. Anschließend wurde die Punktwolke nach GOM Inspect exportiert, um eine geometrische Abweichungsanalyse durchzuführen. Die direkte Korrelation zwischen den Zonen mit der höchsten Einschlusskonzentration und den Regionen mit der größten plastischen Verformung, modelliert in SolidWorks, bestätigte, dass die niedrige Rotationsgeschwindigkeit (unter 600 U/min) die ordnungsgemäße Dispergierung des Oberflächenoxids verhinderte und die Verbindung versprödete.
Lehren für die Ermüdungssimulation in FSW-Prozessen ⚙️
Dieser Fall zeigt, dass sich die Ermüdungsanalyse nicht auf die nominalen Materialeigenschaften beschränken darf. Die Simulation muss Modelle realer Defekte einbeziehen, die durch 3D-Scans gewonnen wurden. Die Kombination von VGSTUDIO MAX zur Erkennung von Einschlüssen und SolidWorks zur Berechnung von Eigenspannungen ermöglicht eine präzise Vorhersage der Rissinitiierungspunkte in FSW-Schweißnähten und optimiert Parameter wie die Rotationsgeschwindigkeit, um die strukturelle Integrität in kryogenen Anwendungen zu gewährleisten.
Welche 3D-Ermüdungssimulationstechniken ermöglichen eine präzise Modellierung der Rissbildung und -ausbreitung ausgehend von Einschlüssen in Aluminium-FSW-Verbindungen für Kryotanks unter hydrostatischen Druckbedingungen?
(PS: Die Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)