Experimentelle und theoretische Analyse des Tiefschweißeffektes beim lasergestützten Plasmaschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Uwe Füssel
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263050501

Ziel des Forschungsvorhabens ist das Erreichen eines vertieften Prozessverständnisses zum lasergestützten Plasmaschweißen unter besonderer Berücksichtigung des nachweisbaren Tiefschweißeffektes bei geringen Laserstrahlintensitäten und geringen Lichtbogenströmen. Anhand von experimentellen Grundlagenversuchen an verschiedenen Werkstoffklassen sollen erstmals systematisch die prozesstechnischen Voraussetzungen identifiziert werden, die zum Erreichen dieses Tiefschweißeffektes gewährleistet sein müssen. Parallel hierzu werden im Rahmen speziell konzipierter experimenteller und theoretischer Untersuchungen die ursächlichen Wirkmechanismen für die Ausbildung des Tiefschweißeffektes untersucht. Basierend auf dem bisher erarbeiteten Erkenntnisstand zum lasergestützten Plasmaschweißen wurden neue Forschungshypothesen abgeleitet, die insbesondere die werkstoffseitigen Änderungen bezüglich der Energieeinkopplung sowie maßgebliche thermische und fluiddynamische Transportvorgänge beim lasergestützten Plasmaschweißen betreffen. Diese schließen Untersuchungen zu den veränderten Bedingungen der Strahlabsorption und der Ausbildung des Lichtbogenansatzes, als auch zu den Vorwärmeffekten des Lichtbogens auf die Strahleinkopplung ein. Weiterhin werden die veränderten Druck- und Strömungsverhältnisse im Bereich der Prozesszone infolge der intensiven Lichtbogenströmung und möglicher Materialverdampfungen untersucht. Die Versuche erfolgen in der bewährten koaxialen Anordnung von Plasma- und Laserprozess und werden durch weitere spezielle Versuchsaufbauten ergänzt, die die Wirkung der Lichtbogenwärmequelle mit und ohne Strömungseffekt separieren sollen. Durch die Entwicklung angepasster Simulationsmodelle wird eine Untersuchung und Bewertung zusätzlicher Effekte ermöglicht, die sich einer unmittelbaren messtechnischen Erfassung entziehen. Im Ergebnis des Projektes werden folglich fundierte Erkenntnisse zur Relevanz einzelner Interaktionsmechanismen erwartet, auf deren Basis gezielte Anforderungen für optimale Parameterkonstellationen zum lasergestützten Plasmaschweißen als auch für andere Laserstrahl-Lichtbogen-Verfahrensvarianten abgeleitet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen