Untersuchung des Einflusses der instationären Prozesse im Lichtbogenplasma auf die Einbrandtiefe beim Hochfrequenz-WIG-Schweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390246097

Das Hochfrequenz-WIG-Schweißen (HF-WIG) bietet den Vorteil, dass man im Vergleich zum herkömmlichen WIG-Schweißen eine wesentlich höhere Konzentration der Energiedichte im Lichtbogen erreichen kann, die entweder eine höhere Einschweißtiefe oder eine höhere Schweißgeschwindigkeit zulässt. Die zugrunde liegenden physikalischen Wechselwirkungen eines konventionellen WIG-Schweißlichtbogens mit hochfrequentem Impulsstrom sind nur unzureichend untersucht.Die Erhöhung der Einschweißtiefe beim HF-WIG-Schweißen ist keine Folge der Erhöhung der Leistung der Schweißenergiequelle, sondern ist aus der Kombination der physikalischen Mechanismen (Lichtbogeneinschnürung, das Verhalten der Stromdichte im Lichtbogen, Strömungsdynamik im Schweißbad usw.) abzuleiten. Diese Mechanismen hängen zusammen mit der unmittelbaren Wechselwirkung des HF-Impulsstroms mit dem Lichtbogenplasma und dem Metall (so-wie mit seiner Verdampfung) und mit der Veränderung der Charakteristik der Anodenprozesse. Dies soll im zu entwickelnden selbstkonsistenten Modell berücksichtigt werden.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines selbstkonsistenten Modells, das die physikalischen Vorgänge beim Hochfrequenz-WIG-Schweißen beschreibt und die Charakterisierung der Mechanismen zur Erhöhung der Einschweißtiefe bei diesen Prozessen ermöglicht. Dies führt zu einem erheblichen Erkenntnisgewinn, da der Effekt einer Erhöhung der Einschweißfähigkeit beim Hochfrequenz-WIG-Schweißen zwar grundsätzlich bekannt ist, die Ausprägung des Effektes in Abhängigkeit der beteiligten komplexen physikalischen Mechanismen jedoch noch nicht ausreichend beschrieben wurde. Das Vorhaben dient dem grundlegenden Verständnis der Wechselwirkung zwischen einem WIG-Schweißlichtbogen und einem überlagerten hochfrequentem Impulsstrom.Das selbstkonsistente Modell wird auf Basis gekoppelter Teilmodelle entwickelt, welche aktuelle Erkenntnisse über die wesentlichen physikalischen Faktoren und Wechselwirkungsmechanismen zwischen dem Lichtbogen, dem gepulsten Hochfrequenzstrom und dem metallischen Grundwerkstoff bzw. Schweißbad berücksichtigen. Auf Basis dieses Modells werden dann die Mechanismen zur Erhöhung der Einschweißtiefe beim Hochfrequenz-WIG-Schweißen in Abhängigkeit der technologischen Parameter bestimmt. Ziel ist es weiterhin, Einflussgrößen dieser Mechanismen in Wechselwirkung mit den Schweißprozessparametern wie Impulsform, -frequenz und -stromstärke zu quantifizieren und zu verstehen. Dazu werden sowohl theoretische als auch experimentelle Methoden angewendet.Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben es, die potentiellen technologischen Möglichkeiten des Hochfrequenz-WIG-Schweißens im Ganzen und den Einsatz der Hochfrequenz-Impulse zur Erhöhung der Einschweißtiefe im Besonderen offenzulegen. Damit werden die Vorteile einer hohen Nahtgüte bei gleichzeitig effizienterer Wärmeeinbringung und besserer Energieausnutzung als Alternative zum konventionellen WIG-Schweißen nutzbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr.-Ing. Igor Krivtsun