Nowe podejście do modelowania spawania
Ponad połowa części w sprzętach domowych i przemysłowych zawiera połączenia spawane, toteż spawanie nadal jest ważnym filarem wielu gospodarek. W procesie spawania stopiony materiał tworzy jeziorko, które po zastygnięciu staje się spoiną. Zrozumienie chemii powierzchni styku oraz skomplikowanej morfologii kryształów ma duże znaczenie dla zapobiegania pęknięciom i usterkom. Naukowcy i inżynierowie zainicjowali finansowany ze środków UE projekt "Modelling of interface evolution in advanced welding" (MINTWELD)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) , aby opracować wieloskalowe i wielofizyczne ramy modelowania do symulowania chemii połączeń i procesu formowania się struktur krystalicznych. W odróżnieniu od konwencjonalnych metod doświadczalnych nowe podejście oparte na modelowaniu komputerowym powinno wspomóc tworzenie podmorskich rurociągów gazowych i naftowych. Za pomocą oprogramowania modelującego z projektu MINTWELD z powodzeniem opisano kluczowe zjawiska procesu spawania we wszystkich istotnych skalach wielkości. Szczególnie dokładnie zajęto się ewolucją powierzchni styku ciała stałego z cieczą. W ramach utworzonej platformy połączono modele powierzchni styku i pękania oparte na dynamice molekularnej (MD) i modele atomowe ab initio z modelami nanoskalowymi pola fazowego (PF) granic ziarna oraz modelami chemii i struktur połączeń. Te z kolei zintegrowano z mezoskalowymi modelami śledzenia czoła spoiny (FT) opisującymi wzrost kryształów i rozkład wielkości ziaren oraz makroskalowymi modelami przepływu ciepła i masy wykorzystującymi obliczeniową dynamikę płynów. Połączenie modeli przepływu cieczy, krzepnięcia, PF i FT umożliwiło uczestnikom projektu MINTWELD dostarczenie danych o termodynamice, kinetyce i segregacji elementów istotnych dla ewolucji powierzchni styku podczas krzepnięcia oraz dla powstawania granic ziaren. Modele ab initio i MD dostarczyły informacji o energiach powierzchni i połączeń. Obrazowanie synchrotronowe w czasie rzeczywistym umożliwiło naukowcom obserwowanie ewolucji morfologicznej czoła spoiny spawalniczej oraz przepływów wewnętrznych w jeziorku spawalniczym. Zastosowano też mikroanalizator z sondą elektronową oraz sondę atomową do scharakteryzowania chemii stopów wokół granic ziarna. Uczestnicy projektu MINTWELD badali możliwości uproszczenia spawania oraz poprawy bezpieczeństwa i opłacalności tego procesu poprzez wykorzystanie nowych technologii i najnowocześniejszych metod modelowania komputerowego. Wyniki projektu MINTWELD pozwalają uzyskać kontrolę nad strukturą i właściwościami, stwarzając okazję do wyraźnej poprawy procesu spawania i otwarcia nowych rynków przed europejskim sektorem spawalniczym.
