Numerische Modellierung einer elektromagnetischen Schmelzbadkontrolle beim Hochleistungs-Laserschweissen von Metallbauteilen hoher Blechdicke

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Rethmeier, seit 12/2013
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203284221

Ziel des hier beantragten Projektes ist die numerische Modellierung und Simulation eines elektromagnetischen Schmelzbadunterstützungssystems für das Laserstrahlschweißen von Metallbauteilen hoher Dicke. Die prinzipielle Anwendbarkeit des Verfahrens wurde bereits beim Einlagen-Schweißen an bis zu 18 mm dicken austenitischen Stahlplatten gezeigt. Auf Grund der dabei zu entartenden großen Menge an Schmelze ist die Entwicklung eines Systems zur kontaktlosen Schmelzbadkontrolle notwendig. Im Rahmen des Projekts soll ein numerisches Modell zur Schmelzbadunterstützung von bis zu 5 mm breiten und 30 mm tiefen Schmelzbädern erstellt werden. Dazu gehört die Implementierung der physikalischen Prozesse in den entsprechenden Berechnungsblocks der kommerziellen Finite-Elemente-Software COMSOL Multiphysics. Der erste Schritt der Simulation dient der Erstellung des numerischen Modells des reinen Laserschweißprozesses. Dann erfolgt die stationäre Simulation beim Schweißen mit angelegtem AC-Magnetfeld. Anschließend werden freie Oberflächen berücksichtigt. Diese transiente Simulation soll für alle vorangegangenen optimierten Ergebnisse durchgeführt werden. Die Simulationen werden zunächst durch Schweißexperimente an bis zu 30 mm dicken austenitischen Stahlplatten {Verwendung z.B. in Kryostaten) validiert. Die Übertragbarkeit der erzielten Ergebnisse auf die bedeutende Gruppe der ferritischen Werkstoffe (Einsatzgebiete sind z.B.Windenergieanlagen und Pipelines) ist in der Verlängerungsphase des Projektes vorgesehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Vjaceslav Avilov
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Andrey Gumenyuk, bis 12/2013