Simulationsunterstützte Erstellung eines erweiterten Prozessmodells für das Unterpulverschweißen durch Kombination indirekter und direkter Erfassung von Schweißbadgeometrie und -dynamik

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Aufgrund des rasanten technischen Fortschritts im Bereich der Computertechnik sowie der Simulationstechniken werden Schweißprozesse mit immer größerer Genauigkeit modelliert. Solch eine Modellentwicklung benötigt allerdings tiefgreifende Untersuchungen der physikalischen Vorgänge. Trotz der großen industriellen Relevanz des Unterpulverschweißverfahrens gibt es hierfür bisher kein befriedigendes physikalisch basiertes Modell für die Berechnung des Temperaturfelds und der Schweißbadgeometrie. Um dieses Modell zu erstellen fehlen sowohl Untersuchungen über die Schweißbadausbildung und den Einfluss verschiedener Schweißparameter auf diese, als auch die Modellierung der Strömungsvorgänge im Schweißbad inklusive thermischer und elektromagnetischer Effekte. In diesem Forschungsvorhaben wird durch Kombination von indirekten Methoden, wie z.B. dem Ausblasen der Schmelze im Prozess, und direkten Methoden, wie der röntgenographischen Visualisierung der Schweißprozesszone eine umfassende systematische Untersuchung der Schweißbadausbildung und der Schweißbaddynamik durchgeführt. Die bei den experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse werden zur Modellierung der Strömungsvorgänge im Schweißbad und darauf aufbauend zur simulationsgestützten Erstellung eines erweiterten Prozessmodells genutzt. Mit diesem Modell ist es wesentlich genauer als bislang möglich, thermische Eigenschaften wie die temperaturabhängige spezifische Wärmeleitfähigkeit und Dichte bei der Berechnung der Schweißbadgeometrie und des Temperaturfeldes zu berücksichtigen. Zusammenfassend ist dieses Vorhaben ein wichtiger Schritt, hin zu einer verbesserten Prozessmodellierung und zu einem besseren Verständnis der Schweißbadausbildung und der Temperaturverteilung beim Unterpulverschweißen. Das entwickelte Prozessmodell bildet damit gleichzeitig die Basis für eine grundlegend verbesserte und vor allem durchgängige Simulation von Gefügeentstehung sowie Eigenspannung und Verzug beim Unterpulverschweißen.