Beeinflussung der Durchmischung durch den Einsatz magnetischer Wechselfelder beim Laserstrahlschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 45790137

Ein Ansatz zur Minderung der Heißrissgefahr beim Laserstrahlschweißen zahlreicher industrierelevanter Aluminiumlegierungen (u.a. der Gruppe 6000) ist der Einsatz von hoch siliziumhaltigem Schweißzusatzwerkstoff mit dem Ziel eines gleichmäßigen Siliziumgehalts von mindestens 2 % im Schweißgut. Zur Verbesserung der Durchmischung wurde daher das magnetische Rühren mit magnetischen Wechselfeldern vorgeschlagen, das eine gezielte Beeinflussung der Schmelzbaddynamik und damit der Durchmischung beim Laserstrahlschweißen ermöglichen soll. Die bisherigen Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die Verwendung von magnetischen Wechselfeldern im niederfrequenten Bereich zu einer Veränderung der Schmelzbaddynamik beim Laserstrahlschweißen von Aluminium und damit zu einer Beeinflussung der Durchmischung führen. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll ein Verständnis für die Wirkung der induzierten magnetischen Volumenkräfte auf die Schmelzbadströmung beim Laserstrahlschweißen von Aluminium mit Zusatzwerkstoff geschaffen werden. Dazu soll ein numerisches Modell aufgestellt werden, das eine Beschreibung der komplexen Interaktionen elektromagnetischer und fluiddynamischer Phänomene beim magnetischen Rühren. Zur Validierung des Modells sollen einerseits experimentelle Modellsysteme verwendet werden, mit denen die Strömungsbeeinflussung durch das Magnetfeld visualisiert werden kann, zum anderen sollen Schweißversuche zur quantitativen Bestimmung der Elementverteilung im Schweißgut mittels Raster-Elektronenmikroskop und Mikrosondenuntersuchung durchgeführt werden. Im Ergebnis sollen ein grundlegendes Verständnis für die Wechselwirkung zwischen Schweißprozess und Magnetfeld und die damit verbesserte Durchmischung sowie ein numerisches Werkzeug in Form des Simulationsmodells vorliegen, mit dem das vorgeschlagene Prinzip des magnetischen Rührens zielgerichtet eingesetzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen