Plasmadiagnostik und -modellierung am MSG-Lichtbogen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts werden Ergebnisse an einem Impuls-MIG-Lichtbogen mit Cu-Basisdraht vorgestellt, wobei mittels absoluter Kalibrierung der Strahldichte Temperaturen und Teilchendichten im MIG-Lichtbogen bestimmt wurden. Die Messungen wurden zu verschiedenen Zeiten des Stromimpulses, der eine Dauer von 1,8 ms hat, durchgeführt und ergeben folgendes Bild: Zu Beginn des Stromimpulses kann nur Argon-Strahlung delektiert werden, die eine Achsentemperatur von ca. 13000 K liefert. Mit fortschreitender Impulsdauer treten sehr intensive Cu l - Linien im Lichtbogenkern auf. Die Lösung des Gleichungssystems für eine Argon-Linie und zwei Cu-Linien ergibt für höhere Kupfer-Konzentrationen im Lichtbogenkern eine Absenkung der Gastemperatur (Ar und Cu) bis auf fast 6000 K unterhalb der Elektronentemperatur. Das bedeutet aber auch, dass kein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen den Elektronen und dem Gas vorliegt. Dies geht konform mit den bereits von getroffenen Schlussfolgerungen beim WIG-Lichtbogen. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit Interferenzfiltern unterschiedlicher Wellenlänge untermauern das auch spektroskopisch ermittelte Verhalten des Lichtbogens, bei dem anfangs nur Ar-Strahlung zu sehen ist, dann ab ca. 500 μs nach dem Stromanstieg in immer stärkerem Umfang ein ausgeprägter, relativ scharf abgegrenzter Cu-Kern im Lichtbogen entsteht. Insbesondere derartige Versuche sind bestens geeignet, mit vergleichsweise geringem Aufwand (verglichen mit der Spektroskopie) qualitative Aussagen über den Lichtbogen zu gewinnen. Abschließend werden die Ergebnisse bewertet, wobei auf die Probleme hingewiesen wird, die bei der quantitativen Auswertung der spektroskopischen Aufnahmen bestehen. Insgesamt ist festzustellen, dass die berechneten Werte einerseits mit größeren Unsicherheiten behaftet sind, andererseits aber dennoch Einblicke in das Verhalten eines gepulsten Schweißlichtbogens gewähren. Insbesondere die zeitliche Veränderung der Verdampfung von Zusatzwerkstoff sowie die damit zusammenhängende Änderung der Plasmazusammensetzung stellen neue Ergebnisse dar und vertiefen das Verständnis für die Vorgänge im Schweißlichtbogen.
