Steigerung des Verständnisses von Elektronenstrahltiefschweißprozessen durch Nutzung der Echtzeit - Polarisationsintensitätsquotientengoniometrie der Dampfkapillare mit speziellem Augenmerk auf funktionale Zusammenhänge der Schmelzbaddynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Graf; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278796746

Wie beim Laserstrahlschweißen, kann es auch beim Elektronenstrahlschweißen zu Prozessinstabilitäten kommen, die auf die Schmelzbaddynamik zurückzuführen sind. Um die Prozessfenster des EBW zu erweitern, sind einerseits ein tieferes Verständnis der fluiddynamischen Vorgänge rund um die Dampfkapillare erforderlich und andererseits Messmethoden, um die Prozessstabilität in Echtzeit überwachen zu können. Letzteres dient sowohl grundlagenorientierten Untersuchungen als auch in der Praxis der Qualitätsüberwachung. Hierzu soll im Rahmen dieses Vorhabens ein neuartiges Polarisationsgoniometer eingesetzt werden, welches die Bestimmung der Flächenneigungen betrachteter Oberflächen und damit insbesondere die 3D-Überwachung der Kapillargeometrie mit sehr hoher zeitlicher Auflösung ermöglicht. Eine Korrelation der Geometrie mit Strommessungen, wie sie beim EBW üblich sind, und mit dem Eigenleuchten der Kapillare (Röntgenstrahlung) sollen dazu beitragen, diese Strommessungen besser interpretieren zu können. Dies dient der Erweiterung des analytischen Prozessmodells zur Schmelzbaddynamik und deren Wechselbeziehung zu definierten Strahlparametern, auf Basis der gewonnenen Messergebnisse zur zeitlichen Änderung der Dampfkapillargeometrie in drei Raumdimensionen, insbesondere für Kapillartiefen > 5 mm.Teilziele:Quantitative Erfassung der Kapillargeometrie bei hoher Abtastrate.Korrelation/Kalibration der errechneten dreidimensionalen Kapillargeometrie durch synchrone Vermessung des Röntgen-Eigenleuchten der Kapillare.Ermittlung der Grenzen des Messverfahrens. Differenzierung zwischen geometrischen Grenzen, wie dem Kapillarneigungswinkel und dem maximalen Auflösungsvermögen in Richtung des Kapillargrundes sowie einer möglichen Messeinschränkung durch zunehmendes Eigenleuchten des Metalldampfplasmas mit steigender Blechdicke.Darstellung des qualitativen Temperaturverlaufes über der Schmelzmantelfläche durch Nutzung der Orts- und Winkelinformation des weitgehend temperaturunabhängigen Quotientenbildes und der Intensitätsverteilungen in den p bzw. s polarisierten Bildern.Ermittlung der spezifischen Eigenfrequenz des Schmelzbades sowie überlagerter Schwebungen durch lokale Schmelzewellen, in Abhängigkeit von den primären Schweißparametern. Messung des Einflusses einer gezielten Anregung der Schmelzbadschwingung durch Strahloszillation. Ermittlung des Einflusses definierter, vom idealen Rundstrahl abweichender Strahlgeometrien auf die Schmelzbaddynamik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen