Das Verhalten metallischer Schmelzen beim Laserstrahlschweißen unter Mikrogravitation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Kaierle
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492053502

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung grundlegender Kenntnisse über die Beein-flussung der Schmelze im Laserstrahlschweißprozess bei Mikrogravitation, besonders im Hinblick auf die Wechselwirkung der Schmelze mit der Laserstrahlung und die sich ausbildende Schmelzbaddynamik. Die Thematik wird dabei zunächst als Referenz unter Erdgravitation untersucht, die Versuche unter Mikrogravitation werden am Forschungsgroßgerät Einstein-Elevator durchgeführt.Die Effekte von Gravitation auf Fertigungsprozesse und insbesondere die Schmelzbäder werden untersucht. Für Wärmeleitungs- und Tiefschweißprozesse werden Strömungsverhalten, Durchmischung, Schmelzbadausprägung und die resultierende Schweißnahtcharakteristik für artgleiche sowie artungleiche Verbindungen untersucht. Weiterhin wird der bei Mikrogravitation erhöhte Einfluss der Oberflächenspannung auf das Schmelzbad betrachtet. Beginnend mit Blindnähten werden zudem Stoßschweißungen (Überlapp- und Stumpfstoß) angewendet. Für das Laserstrahltiefschweißen wird darüber hinaus der Einfluss von Gravitation auf die Ausbildung und Stabilität des Keyholes sowie die Ausprägung der Schweißnahtwurzel untersucht.Zur Durchführung der geplanten Forschungsarbeiten sollen zu Beginn die Systemtechnik sowie der experimentelle Versuchsaufbau hinsichtlich der während der Fallturmversuche auftretenden Belastungen bzgl. Robustheit und Stabilität ausgelegt und an die Randbedingungen angepasst werden.Ein Erkenntnisgewinn in Bezug auf die Beeinflussung des Laserstrahlschweißprozesses durch stark reduzierte Gravitation kann im weiteren Ausblick eine erste Idee zur Beantwortung der Frage „Unter welchen Bedingungen ist ein fügetechnischer Fertigungsprozess im Weltraum realisierbar?“ geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Faserlaserstrahlquelle 2 kW, Lichtwellenleiter 100 μm, Bearbeitungsoptik
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser