Ermittlung eines grundlegenden Verständnisses der Schmelzbadbeeinflussung beim Doppeldraht-Auftragschweißen durch Laserstrahlung (LDNA: laser assisted double wire welding with nontransferred arc)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jörg Hermsdorf; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423140171

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Schaffung eines Modells zur Beschreibung der Schmelzbadbeeinflussung mit besonderem Schwerpunkt auf der Wechselwirkung zwischen der Schmelzzufuhr durch den Lichtbogenprozess, den Strömungen im Schmelzbad und der Absorption der gependelten Laserstrahlung am Beispiel des LDNA-Verfahren (laser assisted double wire welding with nontransferred arc). Dabei handelt es sich um ein neuartiges Auftragschweißverfahren, welches hohe Abschmelzraten bei geringer Aufmischung erreicht, indem ein Lichtbogen zwischen zwei abschmelzenden Drahtelektroden brennt. Eine lokale Erwärmung der Schmelze mittels eines Laserstrahls gewährleistet eine sichere Anbindung der Auftragschicht an den Grundwerkstoff. Die Kenntnisse der Wechselwirkung von Einkopplungsgrad, Schmelzbadausbildung und Schmelzbadströmungen sind wichtig für das Verständnis der gezielten Beeinflussung der Schmelze durch das Aufbringen des Temperaturprofils und den daraus folgenden lokalen Änderungen der physikalischen Eigenschaften.Zur Erlangung dieser Kenntnisse werden in diesem Vorhaben simulative und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Das zu entwickelnde Modell baut auf dem bereits vorhandenen Schmelzbadmodell zum MSG-Schweißen auf und ergänzt dieses um die Lasereinwirkung und die veränderte Form der Energie- und Materialzuführung, um eine gezielte Anpassung an den Auftragschweißprozess zu erreichen. Es hat als Eingangsgrößen die Schmelztropfenparameter, die Laserparameter und die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe und als Ausgangsgrößen Nahtgeometrie und Aufmischungsgrad. Für die Ermittlung des Einkopplungsgrades von Laserstrahlung in überhitzter Schmelze wird ein neuartiger Versuchsaufbau verwendet. Die Eigenschaften der Schmelztropfen werden ebenfalls durch experimentelle Untersuchungen bestimmt.Das entwickelte Modell wird anschließend durch experimentelle Versuche kalibriert, validiert und durch eine numerische Sensitivitätsanalyse und Parameterquantifizierung werden die Zusammenhänge zwischen den Eingangsparametern und dem Schweißergebnis geklärt. Aufgrund des grundlegenden Charakters der Untersuchung ist eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse zur gezielten Beeinflussung der Schmelze auf weitere Verfahren möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen