Thermomechanische und fluiddynamische Wechselwirkungen beim Laserstrahtiefschweißen

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Ziel des Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen fluiddynamischen und thermomechanischen Prozessen beim Laserstrahltiefschweißen zu analysieren. Fluiddynamische Prozesse treten in der Schmelze sowie in der gasförmigen Phase, dort insbesondere im Metalldampf respektive Plasma, auf. Sie beeinflussen die Ausbildung der Dampfkapillare sowie die Schmelzbadbewegungen und damit die Energieeinkopplung, den Energietransport und letztlich die transiente Temperaturverteilung im Bauteil. Die Temperaturverteilung in der festen Phase ist wiederum entscheidend für die ablaufenden thermomechanischen Prozesse, also die Ausbildung von thermischen Spannungen im Bauteil und dadurch verursachte Deformationen des Bauteils. Diese Deformationen äußern sich nach dem Schweißen in Verzug, treten aber bereits während des Prozesses auf und beeinflussen dabei die Schmelzbadgeometrie. Dies resultiert in Schweißnahtüberhöhungen und Schweißnahtfehlern, wie z.B. Humping bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten.Ebenso wird dadurch die Ausbildung von Rissen maßgeblich beeinflusst. Um diese Zusammenhänge mit Blick auf ein verbessertes Prozessverständnis und letztlich eine Prozessoptimierung analysieren zu können, soll im Rahmen des Projektes ein Simulationsmodell erstellt werden, mit dem fluiddynamische und thermomechanische Prozesse während des Laserstrahlschweißens erstmals vollständig miteinander gekoppelt berechnet werden können. In experimentellen Untersuchungen werden parallel zu den simulativen Arbeiten die transienten Deformationen während des Prozesses messtechnisch erfasst, um das Simulationsmodell sukzessive zu verbessern und zu verifizieren. Zum Abschluss der ersten Phase des Projektes soll der Einfluss der fluiddynamisch-thermomechanischen Kopplung auf den Humping-Effekt analysiert werden, um das Potential des entwickelten Modells aufzuzeigen.