Mathematical simulation of the high dynamic Laser-GMA-hybrid-Process with respect to the interaction inside the metal-arc-plasma

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Im Rahmen des DFG-Projektes Di 434/26 wurde ein Simulationsalgorithmus zur Kapillar- und Schmelzbadberechnung und zur Bestimmung von Temperaturzyklen beim Elektronenstrahlschweißen in Zusammenarbeit der TU St. Petersburg und dem ISF Aachen entwickelt. Dieser Algorithmus hat dem später entwickelten Modell über das Laserschweißens von Leichtbauwerkstoffen zugrunde gelegen. Dieses Modell eignet sich als Grundlage für die Beschreibung des Schweißprozesse mit der kombinierten Laser-Lichtbogenwärmequelle, der sich in letzten Zeit in der industriellen Fertigung durchgesetzt hat. Eine quantitative Beschreibung der Wechselwirkungsmechanismen zwischen Lichtbogen und lasererzeugtem Plasma soll in erste Linie auf einem zuverlässigen Modell des Kapillarplasmas basieren, das in der Lage ist, solche relevanten Parameter wie Plasmatemperatur und Elektronendichte vorherzusagen. Als Erweiterung des existierenden Plasmamodells soll weiterhin die Aufmischung des Metalldampfes mit Schutz- bzw. Aktivgas berücksichtigt werden. Als nächster Schritt soll das Maxwellsche Gleichungssystem in der vorgegebenen Plasmaumgebung gelöst werden, um die Stromdichteverteilung des Lichtbogens zu ermitteln. Die resultierende Energiedichteverteilung, die auf Kosten des Lichtbogens entsteht, kann in das bereits vorhandene stationäre Modell des Laserstrahlschweißprozesses als eine zusätzliche Wärmequelle implementiert werden, um das Temperaturfeld und die Strömungen im Schmelzbad zu berechnen. Ziel ist ein umfassendes Modell des Laser-MSG-Hybridprozesses, das alle Einflussparameter des Plasmas, elektromagnetischer Wechselwirkungen sowie Gas- und Metalldampfströmungen berücksichtigt.