Entwicklung eines selbstkonsistenten physikalisch-mathematischen Modells des Energie-, Massen und Ladungstransfers im System Tropfen-Anodenschicht-Lichtbogensäule beim Metall-Schutzgasschweißen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der vorangegangenen Projektphase wurden mathematische Modelle zur Energie- und Elektronenenergieübertragung sowie zum Massetransport im Elektrodendraht (Tropfen), im Anodenbereich und in der Lichtbogensäule für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode entwickelt. Die Berücksichtigung der Elektrodendrahtverdampfung ermöglicht die Erfassung des Mehrstoffcharakters des Lichtbogenplasmas in diesen selbstkonsistenten Modellen. Das Ziel der in diesem Bericht behandelten zweiten Projektphase war die Weiterentwicklung sowie die Vervollständigung der entwickelten Modelle, um die Anwendung von Elektrodendrähten aus Binärlegierungen sowie Schutzgasgemischen in den oben genannten Prozessen zu analysieren. In bisherigen Literaturrecherchen konnten keine Veröffentlichungen zu diesem praxisrelevanten Thema gefunden werden. Die Ergebnisse dieses Projektes gestatten es nun, den Einfluss der Elektrodendraht- und Schutzgaszusammensetzung für die technologischen Möglichkeiten des MIG/MAG-Schweißens zu erklären. Dazu wurden in dem vorliegenden Projekt folgende Untersuchungen durchgeführt: Erarbeitung mathematischer Modelle und Festlegung quantitativer Gesetzmäßigkeiten für Binärlegierungsverdampfung (AlMg, FeNi, FeMn) im Gasgemisch (ArHe) unter Berücksichtigung der Dampfphasenionisierung; Entwicklung eines Modells des Anodenbereiches von dem im Inertgasgemisch (ArHe) brennenden Lichtbogen mit einer verdampfenden Binärlegierungsanode (AlMg, FeNi, FeMn) unter Berücksichtigung des Einflusses der Elektrodendraht- und Schutzgaszusammensetzung auf die elektrischen und energetischen Parameter der Plasmaschicht nahe der Anode; Erweiterung von Modellen und Erstellung von Datenbasen zur Berechnung der Zusammensetzung sowie der thermodynamischen- und Transporteigenschaften von Mehrstoffplasma (AlMg-Ar; FeAr-CO2) der Schweiß-Lichtbogensäule in den Ein- und Zweitemperaturannäherungen; Entwicklung eines vereinfachten mathematischen Modelles der Tropfenbildung und seiner Ablösung beim MIG/MAG-Schweißen. Im Verlauf des Projektes wurde die Notwendigkeit weiterer Forschungen im Bereich der Tropfenablösung beim MSG-Schweißen ersichtlich, welche die bisher entwickelten Modelle, mithilfe weiterer selbstgeschriebener Codes sowie sinnvoller Einarbeitung von kommerzieller Software, erweitern soll und somit die Grundlage für Untersuchungen von physikalischen Phänomenen, wie beispielsweise dem Metalltransfer, bilden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dynamic model of the droplet formation in GMA welding. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 20 (2012) 045003 (14pp)
O. Semenov, V. Demchenko, I. Krivtsun, U. Reisgen, O. Mokrov and A. Zabirov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0965-0393/20/4/045003) - Modelling of binary alloy (Al–Mg) anode evaporation in arc welding. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 20 (2012) 055009 (12pp)
I. Semenov, I. Krivtsun, V. Demchenko, A. Semenov, U. Reisgen, O. Mokrov and A. Zabirov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0965-0393/20/5/055009)
