Einfluss von Metalldampf auf die Lichtbogenausbildung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387755874

Ein im Fokus stehender wissenschaftlicher Schwerpunkt liegt in der Steigerung der Prozesseffizient moderner thermischer Fügeverfahren. Produktionsprozesse wie das Lichtbogenschweißen werden seit vielen Jahren optimiert, modifiziert oder reguliert. Die Wechselwirkung des Lichtbogens mit den Umgebungsbedingungen wie zusätzlichen Prozessen oder dem Grundwerkstoff ist in vielen Forschungsansätzen fokussiert untersucht worden. Bislang konnte der Einfluss von Metalldampf und Oberflächentemperatur nicht separiert betrachtet werden. Bereits durch eine Vorwärmung des Grundwerkstoffs oder einer direkten Einwirkung eines Laserstrahls kann es zur Beeinflussung des Lichtbogens kommen. Die dabei dominierenden Mechanismen sind daher nicht eindeutig zu bestimmten.In diesem Vorhaben wird der Mechanismus der Lichtbogenausbildung und -stabilisierung durch eingebrachten Metalldampf unabhängig von der Substrattemperatur untersucht. Unter der Hypothese, dass die Leitfähigkeit des Lichtbogens vom durch Metalldampf eingebrachten Legierungselement abhängt, werden verschiedene Stähle und Aluminiumlegierungen auf ihre Auswirkung zur Lichtbogenbeeinflussung charakterisiert. Hierfür wird Metalldampf aus einem vom Lichtbogen isolierten Substrat mit einem Laserstrahl erzeugt und seitlich in den Lichtbogen eingebracht. Beobachtet werden die Spannungsänderung sowie das Lichtbogenspektrum bei Zufuhr des Metalldampfs. Über die spektroskopische Untersuchung lassen sich Rückschlüsse auf die im Lichtbogen ionisierten Elemente ziehen.Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Einfluss von Metalldampf auf einen Plasmalichtbogenprozess zu bestimmen und das Potential zur Stabilisierung des Lichtbogens zu identifizieren.Durch eine Lichtbogenstabilisierung und die Erhöhung der Prozesssicherheit bei Plasmalichtbogenanwendungen kann ein erweitertes Verständnis der Vorgänge bei der Ausbildung des Lichtbogens generiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse können bei der Entwicklung neuer Prozesse und angepasster Legierungen dazu beitragen, Produktionsfehler und Ausschussteile zu reduzieren oder zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen