Selbstkonsistente Modellierung des Lichtbogens, des Werkstoffübergangs und des Nahtaufbaus beim Metallschutzgasschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Füssel
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430188740

Ziel des Projektes ist die Entwicklung, Validierung und Anwendung eines Prozessmodells zur numerischen Beschreibung der resultierenden Fügezone von MSG-Schweißprozessen unter Einbeziehung aller prozessbestimmender physikalischer Vorgänge im Lichtbogen sowie den draht- und grundwerkstoffseitigen Metallschmelzen. Dabei soll die Berechnung physikalisch selbstkonsistent in Abhängigkeit der Prozessparameter erfolgen und fundierte Aussagen zum resultierenden Einbrandprofil, Nahtaufbau sowie Wärmeeintrag in das Bauteil ermöglichen. Mit dem zu entwickelnden Prozessmodell soll den Anforderungen der Industrie nach einer vollständigen Modellierbarkeit aller eingesetzter Fügeprozesse im Rahmen der Industrie 4.0 begegnet werden. Zur Gewährleistung einer hohen Aussagefähigkeit des Prozessmodells bei gleichzeitiger Berücksichtigung aller relevanten Teilprozesse, wird ein Modell des MSG-Lichtbogens und Werkstoffübergangs (Tropfenablösungsmodell) mit einem Schmelzbadmodell sequentiell gekoppelt. Die Kopplung der Teilmodelle erfolgt durch die Vorgabe der mit dem Tropfenablösungsmodell berechneten Charakteristik des Lichtbogens und des Werkstoffübergangs durch Quellterme im Schmelzbadmodell. Im ersten Teil des Projektes werden bestehende Modelle der Tropfenablösung und des Schmelzbadmodells erweitert, sodass eine physikalisch selbstkonsistente und gleichzeitig zeiteffiziente Modellierung des MSG-Schweißens ermöglicht wird. Im Zuge der anschließenden Modellanwendung soll ermitteln werden, ob der entwickelte Modellierungsansatz auf weitere praxisrelevante Schweißaufgaben und Werkstoffe übertragen werden kann.Das entwickelte Prozessmodell soll in Zukunft eine detaillierte Analyse der unterschiedlichen Wirkmechanismen beim MSG-Schweißen sowie ferner die numerische Vorhersagbarkeit des resultierenden Schweißergebnisses in einem großen Parameterbereich ermöglichen, um somit eine physikalisch determinierte Anpassung bzw. Weiterentwicklung des MSG-Prozesses sowie der eingesetzten Gerätetechnik zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Martin Hertel