|
3060 |
|
Thursday, September 29, 2011, Saal E 11:25 AM Beiträge zum Verständnis des Schweißlichtbogens |
|
Modellierung des dynamischen Lichtbogenverhaltens unter Nutzung experimenteller Daten |
|
Sascha Rose* / Technische Universität Dresden,
Institut für Fertigungstechnik, Fügetechnik und Montage, Deutschland Michael Schnick/ TU Dresden / IOF / Fügetechnik und Montage, Deutschland Martin Häßler/ TU Dresden / IOF / Fügetechnik und Montage, Deutschland Anton Heinitz/ TU Dresden / IOF / Fügetechnik und Montage, Deutschland Uwe Füssel/ TU Dresden / IOF / Fügetechnik und Montage, Deutschland |
|
Aufgrund der hohen Komplexität existiert bisher keine umfassende selbstkonsistente numerische Beschreibung des MSG-Prozesses. Speziell die Berechnung der Draht- und Tropfengeometrie und die Berechnung der Metallverdampfung am Draht sind bislang mit großen Unsicherheiten verbunden. Im Beitrag wird ein neuartiger Ansatz vorgestellt, bei dem experimentelle Daten in der numerischen Simulation genutzt werden, um die bislang bestehenden Limitierungen der Modellierung zu kompensieren und eine neue Qualität in der Aussagefähigkeit zu erreichen. Hierzu wurde ein Versuchsstand zum MSG-Impulsschweißen mit Hochgeschwindigkeitsdiagnostik aufgebaut. Durch spektralselektive Filterung der Hochgeschwindigkeitsaufnahmen können die zeitbestimmten Strahlungsverteilungen von Argon und Eisen gemessen werden. Zusätzlich Informationen über das dynamische Verhalten der Lichtbogensäule werden durch spektralselektive Photodioden für Argon- und Eisenstrahlung gewonnen. Zunächst werden Untersuchungen zur Metalldampfquelle am Drahtende und zur Metalldampfverteilung im Lichtbogen vorgestellt. Genutzt werden Ergebnisse der Spektroskopie, die zeitaufgelöst Temperaturen und Metalldampfverteilungen im Lichtbogen während der Pulsstromphase zeigen. Um dies zu verursachen, ist eine stetig steigende Metallverdampfung während des Stromimpulses notwendig. Durch die Modellierung wurde auf den notwendigen Verdampfungsmassenstrom geschlossen. Im zweiten Teil werden die zeitabhängigen Geometrien von Draht und Tropfen in das Modell implementiert. Diese wurden durch eine automatisierte Geometrieerkennung und -auswertung von laserbeleuchteten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermittelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die phasengleichen Geometrien nahezu identisch sind und somit zuverlässige Randbedingungen darstellen. Durch die Nutzung einer Interface-Tracking-Methode wurden die zeitabhängigen Geometrien in das Modell integriert. Die daraus gewonnenen Informationen werden vorgestellt, insbesondere die berechneten Temperatur- und Stromdichteverteilungen in einem MSG-Lichtbogen unter Berücksichtigung des Tropfens. Die guten Übereinstimmungen der numerischen und experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das numerische Modell in der Lage ist, das dynamische Lichtbogenverhalten abzubilden. Aus der numerischen Modellierung werden vier Thesen zur Interpretation des Phasenraums aus Strom und Spannung abgeleitet und diskutiert. Abschließend werden die aus den bisherigen Ergebnissen abgeleiteten Ansätze zur Diagnosemöglichkeit von Lichtbogenlänge, Einschnürung und Metallverdampfung aus den Strom- und Spannungsverläufe vorgestellt. |