Teilweise kann durch Änderungen in der Schweißreihenfolge oder mit Modifikationen der Schweißleistung der Verzug minimiert werden. Wenn das nicht sinnvoll möglich ist, sind andere Gegenmaßnahmen zu treffen. Eine Lösung liegt in der gezielten Vorverformung des Werkstücks. Dabei wird die Verformung, die der Schweißverzug hervorruft, mit umgekehrten Vorzeichen vorab auf das Werkstück aufgebracht, um nach dem Schweißen genau die gewünschte Form zu erhalten. Allerdings müsste man Prophet sein, um den Schweißverzug vorhersagen zu können ... oder man simuliert mit dem Know-how von CADFEM.

Schoeller-Bleckmann Nitec (SBN) ist ein führender Hersteller von Hochdruckapparaten für die petrochemische Industrie. Die Anlagen werden zur Herstellung von Harnstoff – dem weltweit bedeutendsten Stickstoffdüngemittel (47 % N) genutzt, das massiven Einfluss auf die Ernährung der Weltbevölkerung hat. Harnstoff wird aus Erdgas, Luft und Wasser gewonnen, wobei die größten Anlagen rund 4.000 Tonnen Harnstoff am Tag produzieren.

Der exotherm ablaufende Prozess der Harnstoffherstellung gibt Wärme ab, die in großen Wärmetauschern für die Weiterverwendung nutzbar gemacht wird. Die Wärmetauscher sind unter anderem hochkorrosiven Ammoniaksalzen ausgesetzt und müssen Prozessdrücken bis über 100 bar standhalten. Der Boden des Rohrbündel-Wärmetauschers besteht aus einer "Rohrplatte". Aufgrund des hohen Drucks muss die Rohrplatte mit Wandstärken von bis über 400 mm ausgeführt werden. Als Grundmaterial verwendet SBN Druckbehälterstahl. Um dessen Oberfläche vor Korrosion zu schützen, wird eine Schicht korrosionsbeständiger Stahl vollflächig aufgeschweißt („plattiert“). Dabei lassen sich die Schweißprozessparameter nur in sehr geringem Maße sinnvoll verändern und es kommt zu Eigenspannungen die eine zunächst ebene Platte schüsselförmig aufbiegen.

Im nächsten Arbeitsschritt wird die auftragsgeschweißte Oberfläche plan gedreht, um eine glatte und vor allem ebene Oberfläche zu erhalten. Wenn der Schweißverzug größer ist als die Schichtdicke der Schweißlage, würde stellenweise die komplette Schweißlage wieder entfernt und der Korrosionsschutz wäre nicht mehr gegeben. Damit wäre das sehr teure Werkstück ruiniert und die meist engen Liefertermine wären nicht haltbar. Neben hohen Material- und Herstellungskosten muss dann auch noch mit Konventionalstrafen für die Lieferverzögerungen gerechnet werden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, gibt SBN dem Rohling der Rohrplatte schon seit Längerem vor dem Schweißen eine leicht konische Form, die annähernd die negative Form des Schweißverzugs haben soll. Bisher hat SBN versucht, dies mit Hilfe ihrer langjährigen Erfahrung abzuschätzen, aber bei variierenden Abmessungen der Rohrplatte und unterschiedlichen Plattierungen ist diese erfahrungsbasierte Prognose oft nicht zuverlässig genug.

Die Prognose des Schweißverzugs ist mit entscheidend für eine effiziente Herstellung dieser teuren Bauteile. Mit den Softwarelösungen und dem Know-how von CADFEM lässt sich der Schweißvorgang simulieren und damit die Eigenspannungen und die Verformung des Bauteils „prophezeien“. Für den Einstieg in dieses Simulationsthema wurde von SBN eine Bachelorarbeit vergeben. Als Arbeitsbasis für den Studenten hat die CADFEM (Austria) GmbH ein vollständig parametrisches Berechnungsmodell in ANSYS Workbench erstellt. In diesem Modell können sowohl alle geometrischen Abmessungen als auch die Schweißprozessparameter einfach variiert werden, um es dann ohne großen Änderungsaufwand neu zu berechnen. Dafür wurde das in der CADFEM ihf Toolbox verfügbare Programmpaket VWS (VirtualWeldShop) verwendet, das verschiedenste Werkzeuge zur Schweißsimulation enthält. Durch diese Vorarbeiten musste der Student sich nicht in die Handhabung von ANSYS und VWS einarbeiten, sondern konnte sich ganz auf die Ermittlung aller Prozess- und Materialparameter sowie auf die Bewertung der Analysen konzentrieren. Sämtliche Eingangsparameter wurden in einer Excel-Tabelle übersichtlich zusammengefasst und auf der ANSYS Projektseite mit dem Berechnungsmodell verknüpft.

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