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Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 2 2:45 PM Sonderforschungsbereich: Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen |
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Simulation des Lichtbogenansatzes beim MSG-Schweißen |
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Uwe Reisgen / RWTH Aachen University
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, Deutschland O. Morkrov / RWTH Aachen, ISF, Deutschland M. Simon*/ RWTH Aachen, Deutschland R. Sharma/ , P. Lozano/ RWTH Aachen, ISF, Deutschland D. Arntz-Schroeder/ RWTH Aachen, ILT, Deutschland |
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Die Prozesse in den Fallgebieten des Lichtbogens beim MSG-Schweißen spielen eine entscheidende Rolle für eine gute Übereinstimmung bei der Simulation der Schweißnaht. Für hitzebeständige Elektroden, wie sie beim WIG-Schweißen zum Einsatz kommen, sind die theoretischen Vorstellungen des Kathodenbereichs und dementsprechende Modelle bereits gut von Experimenten validiert. Bei schmelzenden Elektroden, wie sie beim MSG-Schweißen an der Kathode vorliegen, besteht nach wie vor ein Bedarf für eine physikalisch nicht-widersprüchliche Beschreibung welche die experimentellen Beobachtungen widerspiegelt. In dieser Arbeit werden auf Basis von experimentellen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, zwei unterschiedliche Moden der Lichtbogenanbindung beim MSG-Schweißen identifiziert. Einerseits war ein Modus zu beobachten, der unter Helium Schutzgas auftrat, in welchem der Lichtbogen entweder in Kathodenflecken an die Kathode ansetzte oder abwechselnd direkt auf dem Schmelzbad brannte und dort Sieden verursachte. Dann wiederum war ein Modus unter Ar+8%CO2 Schutzgas zu beobachten, in dem der Lichtbogen diffus auf dem Schmelzbad zu brennen schien. Diese experimentellen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung eines Modells für die Kathodenanbindung, welches aus physikalischen Prinzipien abgeleitet ist. In diesem Modell wird der Strom in der Kathodenanbindung im Wesentlichen durch Ionen übertragen, welche aus der Ionisierung der verdampften Kathodenoberfläche entstehen. Das Modell hat zur Folge, dass die wesentliche Anbindung des Lichtbogens am Rand der Schmelze stattfindet, wo dementsprechend auch die Stromdichte konzentriert ist, welche wiederum die Lorentz-Kraft definiert und damit Strömungen im Schmelzbad antreibt, somit auch die Erstarrung beeinflusst und letztendlich die Geometrie der Schweißnaht bestimmt. |