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Tuesday, September 26, 2017, Saal R 12:00 PM DVS-STUDENTENKONGRESS Moderne Strahltechnologien |
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Thermomechanische Analyse der Heißrissentstehung beim Laserstrahlschweißen mit angepasster Intensitätsverteilung |
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Maximilian Schmoeller* / TU München iwb , Deutschland Stefan Liebl / Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften, Deutschland Michael F. Zäh/ Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften, Deutschalnd |
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Aufgrund ständig steigender Anforderungen an die Energieeffizienz von Automobilen besteht seitens der Hersteller großer Bedarf an einer konsequenten Umsetzung neuer Leichtbaukonzepte. Der Einsatz von Aluminiumlegierungen stellt dabei eine Lösungsmöglichkeit dar, wofür jedoch gleichzeitig geeignete Fügeverfahren benötigt werden. Bei einigen Aluminiumlegierungen gehen deren hervorragende mechanische Eigenschaften einher mit großen Herausforderungen hinsichtlich der Schweißbarkeit. Insbesondere die Klasse der 6000er-Aluminiumlegierungen gilt aufgrund ihrer hohen Heißrissanfälligkeit als schwer schweißbar. Um diesen materialbedingten Anforderungen zu begegnen, wird vermehrt das Laserstrahlschweißen eingesetzt. Einen innovativen Ansatz zur Verbesserung der Oberflächenqualität der Schweißnähte sowie zur Vermeidung von Nahtdefekten wie etwa Heißrissen stellt das Laserstrahlschweißen mit angepasster Intensi-tätsverteilung dar. Das Verfahren zielt im Speziellen darauf ab, die geometrische Ausprägung des Schmelzbads sowie das Erstarrungsver-halten zu beeinflussen. Zur Bewertung der Heißrissanfälligkeit spielt die Betrachtung der im Nachlauf an das Schmelzbad vorherrschenden mechanischen Spannungen eine zentrale Rolle. In diesem Kontext wurde ein thermomechanisches FE-Modell aufgebaut, um den Einfluss der adaptierten Intensitätsverteilung zu untersuchen. Dazu wird die Lösung aus einer thermischen Simulation verwendet, um die Schmelzbadgeometrie zu bestimmen. Daraus werden die induzierten Dehnungen und Spannungen berechnet, welche von der Geometrie des Schmelzbades abhängig sind. Das Temperaturfeld, welches für jede Intensitätsverteilung eine charakteristische Ausprägung aufweist, wird dabei an die Wärme-ausdehnung gekoppelt. Im folgenden Schritt wird das Simulations-modell kalibriert, indem die errechneten Dehnungen mit den realen Deformationen verglichen werden. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit Versuchspunkten an denen Defekte auftreten, ermöglicht es kritische Spannungswerte in der Wärmewirkungszone zu bestimmen, durch die insbesondere das Auftreten von Heißrissen begünstigt wird. Daraus soll in zukünftigen Arbeiten ein Kriterium gewonnen werden, anhand dessen zum einen die Heißriss-entstehung vorhergesagt und zum anderen eine verbesserte Intensitäts-verteilung ermittelt werden kann. |