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Thursday, September 29, 2011, Saal E 9:25 AM Diagnostik des Schweißlichtbogens |
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Physikalische Eigenschaften des MSG-Lichtbogens |
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Dirk Uhrlandt / Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V., MV Klaus-Dieter Weltmann* / Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Ruslan Kozakov/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Gregor Gött/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Marie Rouffet/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Martin Wendt/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Heinz Schöpp/ Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), Deutschland Jochen Schein/ Institut für Plasmatechnik und Mathematik, Univ. der Bundeswehr, Deutschland Erwan Siewert/ Institut für Plasmatechnik und Mathematik, Univ. der Bundeswehr, Deutschland |
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Plasmadiagnostische Verfahren sind geeignet, um die physikalischen Eigenschaften des Bogenplasmas bei Lichtbogenschweißverfahren quantitativ und in ihrer räumlichen und zeitlichen Variation zu erfassen. Mit hochauflösender optischer Emissionsspektroskopie lassen sich die Plasmatemperatur, die Elektronendichte und die Gaszusammensetzung über den Bogenquerschnitt bestimmen. Entsprechende Mess- und Auswerteverfahren wurden für die Untersuchung des Lichtbogens in der Hochstromphase eines gepulsten Metall-Schutzgas-Prozesses mit Stahldraht unter Argon erarbeitet und spezifiziert. Aus den seitlich aufgenommenen Strahlungsintensitäten lassen sich nach Kalibration spektrale Emissionskoeffizienten rekonstruieren. Die Intensitäten optisch dünner Eisenatomlinien lassen sich mit der Methode des Boltzmann-Plots auswerten, wobei die Temperatur und Eisendampfdichte im Bogeninnenbereich resultiert. Die Bestimmung der Intensität und Verbreiterung von Argonatomlinien erlaubt die Ermittlung von Temperatur und Elektronendichte auch im vom Schutzgas dominierten Außenbereich des Lichtbogens. Die Untersuchungen ergeben Eisendampfanteile bis zu 50%, welche sich im Bogenkern konzentrieren und im Verlaufe des Strompulses ansteigen. Die Temperaturprofile zeigen bei vom Argon dominierten Schutzgasen grundsätzlich ein Temperaturminimum im Zentrum und verbreitern sich in Richtung Werkstück. Aus den vermessenen Größen lassen sich weitere Eigenschaften wie die elektrische und thermische Leitfähigkeit in ihrer räumlichen und zeitlichen Variation ableiten. Aussagen zum Strompfad und Energietransfer können unabhängig von einer Simulation abgeschätzt werden. Die vermessenen Metalldampfdichten und Temperaturen ermöglichen darüber hinaus die Anpassung von Teilmodellen und die Überprüfung von Lichtbogensimulationen. Für die Kombination von Eisendampf und Argon werden neben der Berechnung von Zusammensetzung und Transportdaten auch Verdampfungsmodelle und Strahlungsmodelle spezifiziert. Letztere erlauben eine realistische Erfassung nicht nur des summarischen Energieverlustes sondern auch der Energietransportprozesse durch die Strahlung im Lichtbogen. |