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Monday, September 19, 2016, Richard-Wagner-Saal 12:00 PM Simulationsmodelle in der Lasertechnik |
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Thermische Simulation des Laserstrahlschweißens mit angepasster Intensitätsverteilung |
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Christian Stadter* / Technische Universität München - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland Stefan Liebl / Technische Universität München - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland Michael Friedrich Zäh/ Technische Universität München - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland |
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Zur Reduzierung der Flottenemissionen sind Automobilhersteller vermehrt an der Realisierung von Leichtbaukonzepten interessiert. Damit hinsichtlich des Leichtbaus das volle Potenzial von Aluminiumlegierungen erschlossen werden kann, sind geeignete Fügetechnologien erforderlich. Gerade der Einsatz von schwer schweißbaren Aluminiumlegierungen stellt eine hohe Herausforderung für das Schweißverfahren dar. In diesem Zusammenhang wird vermehrt das Laserstrahlschweißen als Fügeverfahren eingesetzt. Ein innovativer Ansatz, mit dem die Anforderungen hinsichtlich Nahtgüte und Oberflächenqualität beim Fügen von Karosseriebauteilen erfüllt werden können, ist das Laserstrahlschweißen mit angepasster Intensitätsverteilung. Gerade Aluminiumlegierungen der Gruppe EN AW-6xxx weisen eine hohe Heißrissanfälligkeit und damit eine begrenzte Eignung für konventionelle Schweißverfahren auf. Durch die Anpassung der Intensitätsverteilung kann gegenüber dem Laserstrahlschweißen mit konventioneller Strahlform die Temperaturverteilung und die im Werkstoff auftretende Abkühlrate positiv beeinflusst werden. Mit dem Ziel, den Einfluss der Intensitätsverteilung auf die Entstehung von Heißrissen zu untersuchen, wurde ein Simulationsmodell aufgebaut. Das numerische Modell bildet die Temperaturverteilung im Bauteil sowie die Schmelzbadströmung ab. Zur Lösung des Wärmeleitungsproblems wird die Geometrie der Dampfkapillare als Temperaturrandbedingung und die zusätzliche Intensität in Form einer Oberflächenwärmequelle berücksichtigt. Die Strömung im Schmelzbad wird mittels CFD berechnet. Die Gegenüberstellung der berechneten Schmelzisothermen mit metallographischen Querschliffen ermöglicht eine Validierung der Temperaturfeldsimulation. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird eingehend der Modellaufbau beschrieben. Zudem wird dargestellt, wie sich das Schmelzbad in Abhängigkeit der Intensitätsverteilung verändert. Aufbauend auf diesen Arbeiten soll im Anschluss ein Kriterium für die Heißrissentstehung abgeleitet und Rückschlüsse auf eine optimale Intensitätsverteilung für das Laserstrahlschweißen gezogen werden. |