Selbstkonsistente Modellierung des laseraktivierten Wolframinertgasschweißens (LATIG) von Aluminium oder Kupfer

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503656242

Zum Schweißen von Aluminium oder Kupfer ist unter anderem das laseraktivierte WIG-Schweißen (laser activated TIG, kurz LATIG) geeignet, welches auf der synergetischen Wechselwirkung von Laserstrahlung und Lichtbogen basiert und im Vergleich zu der einzelnen Anwendung beider Prozesse eine besonders hohe Schmelzeffizienz bietet. Die physikalischen Phänomene und ihre Wechselwirkungen, die für die Erhöhung der Schmelzeffizienz verantwortlich sind, sind jedoch noch nicht ausreichend verstanden. Aus einer vorläufigen Analyse kann geschlossen werden, dass der Einfluss der Festkörperlaserstrahlung auf den WIG-Schweißprozess nicht durch eine direkte Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Lichtbogenplasma entsteht, sondern dass die Auswirkungen auf die Werkstückoberfläche berücksichtigt werden müssen. Daher wird in diesem Projekt ein Prozessmodell entwickelt, implementiert und für numerische Experimente verwendet, um den Einfluss des Lasers auf die Effizienz des Schmelzens im Falle von Aluminium und Kupfer zu analysieren. Das zu berücksichtigende Hauptphänomen ist die Anodenschicht unter Berücksichtigung der laserinduzierten Verdampfung, mit der Bildung eines Metalldampfjets und dessen Einfluss auf die thermischen, gasdynamischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Lichtbogenplasmas, sowie auf die Stromdichte, den Wärmefluss und die Druckverteilungen auf der Schmelzbadoberfläche. Mit Hilfe eines solchen Modells kann die Ursache-Wirkungskette dieser Wechselwirkungen untersucht und die Rolle der unterschiedlichen Wechselwirkungen bewertet werden. Besonderes Augenmerk liegt zum einen auf der Auswirkung der Bildung eines Metalldampfjets auf die thermischen, gasdynamischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Lichtbogenplasmas und dessen Wechselwirkung mit der Werkstückoberfläche. Auf der anderen Seite konzentriert sich das Modell auf die Dynamik der freien Oberfläche des Schmelzbads, den Wärmeübergang sowie hydrodynamische und elektromagnetische Prozesse im Schweißbad unter Berücksichtigung des Einflusses der laserinduzierten Metallverdampfung (konvektive Verdampfungsmode) auf die Anodenschicht. Das dadurch erweiterte Wissen und Verständnis über den LATIG-Prozess ermöglicht die Entwicklung von Empfehlungen zur Erreichung einer hohen Produktivität und Prozessstabilität beim Schweißen von Aluminium oder Kupfer.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr.-Ing. Igor Krivtsun