Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
In verschiedenen Sektoren des schweren Stahlbaus werden große Blechdicken von bis zu 150 mm schweiß-technisch bearbeitet. Bei der Verarbeitung von konventionellen Baustählen sowie insbesondere bei Feinkorn- und höherlegierten Stählen ist eine präzise Kontrolle der Wärmezufuhr während des Schweißprozesses zwingend erforderlich. Die Vorwärmung unterliegt strengen normativen Vorgaben. Traditionell erfolgt die Vorwärmung durch die Verbrennung autogener Brenngase, was mit einem hohen Ressourcenverbrauch einhergeht. Angesichts der stark steigenden Preise fossiler Brennstoffe werden alternative Methoden zunehmend attraktiver. Die induktive Vorwärmung zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Reproduzierbarkeit und eine einfache Handhabung aus. Darüber hinaus kann die benötigte elektrische Energie aus regenerativen Quellen bereitgestellt werden.
Bei der Auslegung einer solchen Induktionsvorwärmeanlage sind eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen. Zu den wesentlichen Merkmalen zählen die Leistung pro Induktor, die Anzahl der Induktoren sowie deren Anordnung. Es existieren verschiedene Induktorkonzepte, die unterschiedlichen Geometrien der Induktorspulen und die Verwendung zusätzlicher Feldführungselemente einbeziehen. Die Auslegung einer induktiven Vorwärmeanlage kann durch umfangreiche experimentelle Voruntersuchungen erfolgen. Alternativ ermöglicht die numerische Simulation die Analyse der grundlegenden elektromagnetischen Prozesse und der thermischen Struktureffekte, wodurch eine kosteneffiziente Vorauslegung im numerischen Modell realisiert werden kann. Es wurde ein numerisches Modell zur Auslegung der induktiven Vorwärmung entwickelt und durch experimentelle Versuche validiert. Das Modell zeigt eine sehr hohe Übereinstimmung mit den experimentell erfassten Daten und eignet sich somit für die Auslegung von Induktionsvorwärmeanlagen.