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Thursday, September 29, 2011, Saal E 9:00 AM Diagnostik des Schweißlichtbogens |
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Physikalische Lichtbogenforschung - Einführung und Überblick |
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Dirk Uhrlandt* / Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V., MV Uwe Füssel / Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik, TU Dresden, Deutschland Johannes Wilden/ Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik, TU Berlin, Deutschland Uwe Reisgen/ Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen, Deutschland Johannes Kruscha/ Fachbereich Informatik-Elektrotechnik-Maschinenbau, HS Lausitz, Deutschland Jochen Schein/ Institut für Plasmatechnik und Mathematik, Univ. der Bundeswehr, Deutschland Klaus-Dieter Weltmann/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland |
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Im Gemeinschaftsvorhaben "Lichtbogenschweißen - Physik und Werkzeug" arbeiten seit knapp drei Jahren sechs Forschungseinrichtungen in enger Vernetzung. Neben den Erfahrungen in der Schweißtechnik fließen spezielle Expertisen in der Plasmaphysik und -diagnostik, in der numerischen Simulation und der Datenanalyse ein. Der Blick in den Lichtbogen des Metall-Schutzgas-Schweißprozesses (MSG) steht im Mittelpunkt der Arbeiten. Gemeint ist die physikalische Analyse des Lichtbogenplasmas in enger Wechselwirkung mit dem Werkstoffübergang. Fünf von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Projekte konzentrieren sich auf die Erarbeitung neuer diagnostischer Methoden, Modelle und Simulationsverfahren für den Schweißprozess. Das mit Hilfe der physikalischen Analysen wachsende Prozessverständnis wird in drei von der Arbeitsgemeinschaft Industrielle Forschung geförderten parallel laufenden Projekten in konkreten Problemstellungen aus der Anwendung umgesetzt. Gemeinsamer Untersuchungsgegenstand ist exemplarisch der gepulste MSG-Prozess von Baustahl unter Argon-dominiertem Schutzgas. Durch die Anwendung moderner optischer, spektroskopischer, laserdiagnostischer und elektromagnetischer Messverfahren konnten neue Erkenntnisse zur Struktur des Lichtbogens gewonnen werden, die internationale Anerkennung erfuhren. Dies betrifft insbesondere die Metallverdampfung und ihre Auswirkungen auf die Lichtbogentemperatur und den Lichtbogenansatz. Die Einarbeitung dieser Erkenntnisse in physikalische Modelle ermöglicht eine detaillierte magnetohydrodynamische Simulation, welche durch den Vergleich mit Messgrößen abgesichert ist. Durch eine solche Simulation werden nicht oder schwer messbare Größen wie der Strom- und Energietransfer sowie Gaszusammensetzung und Staudruck am Schmelzbad zugänglich und in Abhängigkeit der Prozessparameter quantifizierbar. Unter anderem wird im Vorhaben demonstriert, wie eine solche Simulation zum Brennerdesign für eine verbesserte Schutzgasabdeckung und weitere prozesssicherheitsrelevante Aspekte eingesetzt werden kann. Vorangetrieben werden auch Ansätze, die Dynamik des Lichtbogens und des Werkstoffübergangs zur Beeinflussung der Schmelzbadströmungen zu nutzen und damit das Erstarrungsverhalten zu verbessern. Neuartige und an den Schweißprozess angepasste Methoden der Analyse elektrischer Daten und Bildverarbeitung liefern Einblicke in die Dynamik des Prozesses bis hin zur inversen Erarbeitung von Modellen. Dies eröffnet neue Ansätze der sensorlosen Ereignisdetektion und hiermit auch für Regelstrategien zur Steigerung der Prozesssicherheit. |