In dieser Arbeit wird die resonante Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Lichtbogen beim lasergestützten WIG-Schweißen untersucht. Zum Aufbau eines Prozessverständnisses werden relevante Prozessgrößen identifiziert, deren Einfluss mit einzelnen Modellen abgeschätzt und experimentell analysiert. Es wird gezeigt, dass die resonante Absorption der Laserstrahlung zu einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit sowie der emittierten Strahlung des WIG-Lichtbogens führt. Die Emission zusätzlicher Strahlung bewirkt eine Verbreiterung des WIG-Lichtbogens im Bereich des Laserstrahls. Auf der Basis von Schweißversuchen wird die Auswirkung der resonanten Wechselwirkung auf das Schweißergebnis bewertet. Die abschließende Verfahrensbewertung demonstriert die Vorteile des lasergestützten WIG-Schweißens anhand praxisrelevanter Anwendungsbeispiele.
Aktualisiert: 2019-11-07
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In der vorliegenden Arbeit wurde die Energiebilanz von der Schweißenergiequelle bis zur Schmelzebildung im Bauteil eingehend analysiert. Hierfür wurden geeignete Messsysteme auf Basis der Kalorimetrie entwickelt und validiert. Neben dem Energieverbrauch der Anlage wird der Wärmeeintrag in das Bauteil kalorimetrisch analysiert. Zur umfassenden Analyse des Energieflusses werden zudem die Verlustgrößen, wie die Wärmeleitung, Wärmestrahlung und der Wärmedurchgang des Lichtbogens als auch der externe Brennerkühlkreislauf der Schweißenergiequelle untersucht. Neueste Untersuchungsmethoden ermöglichen zudem die Tropfentemperatur und die Lichtbogenleistung zu bestimmen. In Abhängigkeit definiert gewählter Prozessparameter wurde der Energiefluss für Schutzgasschweißverfahren mit abschmelzender und nicht abschmelzender Elektrode, sowie für das Unterpulverschweißen erstellt. Die einzelnen Wirkmechanismen der Prozesse wurden analysiert und bewertet sowie Zusammenhänge herausgestellt. Neben der Empfehlung für die Überarbeitung gültiger Normen, wie DIN EN 1011-1 kann mit der Kenntnis das Fügen temperatursensibler Werkstoffe verbessert werden. Gleichzeitig wird die Genauigkeit von Prozess- und Werkstoffsimulationen erhöht und Berechnung von Bauteildeformationen vereinfacht. Es wurden mittlere Tropfentemperaturen in einem Bereich zwischen TTr = 2.350…2.700°C ermittelt. Die Untersuchungen zeigen zudem, dass eine ausschließlich gezielte Änderung der Tropfentemperatur im Schweißprozess nicht möglich ist. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass der Lichtbogen und dessen Intensität den entscheidenden Einfluss auf die Entstehung des Einbandes in den Grundwerkstoff besitzt.
Aktualisiert: 2019-12-12
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