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Schmelzbadsimulation beim Laserstrahlschweißen unterschiedlicher Materialien

Autor :Tihomir Kotsev
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik
Datum :08.09.2010
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00009396
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Gegenstand dieser Arbeit waren numerische Simulationsrechnungen zur Bestimmung der Geometrie des Schmelzbades und des Temperaturfeldes in der Wärmeeinflusszone beim Laserstrahlschweißen. Ziel der Untersuchungen war die Erweiterung der Schmelzbadmodellierung und die Analyse der Einflussgrößen bei unterschiedlichen Materialien. In Bezug auf das numerische Lösungsverfahren baut die Arbeit auf einem Modell zur Berechnung der lokalen stationären Temperaturverteilung beim Laserstrahlschweißen auf, wobei dies modifiziert und weiterentwickelt wurde. Das daraus resultierende gekoppelte Gleichungssystem der Erhaltungsgleichungen der Energie, des Impulses und der Masse wurde numerisch unter Verwendung eines Differenzenverfahrens gelöst. Das so entstandene dreidimensionale Modell für den Schmelzbadbereich berücksichtigt insbesondere den konvektiven Transport in Schmelzbädern unterschiedlicher Werkstoffe. Als Erweiterung wurde das Modell auf ein zylindrisches Grundgebiet übertragen und dadurch entstand ein sogenanntes Mikromodell, welches auch für die Berechnung unsymmetrischer Temperaturfelder, z.B. bei gekrümmter Nahtführung, geeignet ist. Um das vorgeschlagene Mikromodell mit einem kommerziellen Programm wie z.B. SYSWELD zu koppeln (Makromodell), wurden im Mikromodell verschiedene Vernetzungsstrategien und Staffelungen mit dem Ziel erprobt, zuverlässige und genaue Rechnungen für Gebiete mit hohen Temperaturgradienten zu gewährleisten und gleichzeitig die Knotenzahl zu reduzieren. Das Makromodell selbst ist aber nicht Gegenstand dieser Arbeit. Zur Analyse von Laserschweißprozessen wurden 2D- und 3D- Simulationsrechnungen vergleichend für unterschiedliche Werkstoffe durchgeführt, deren Eigenschaften sich relativ stark voneinander unterscheiden (niedrig und hoch legierte Stähle, insbesondere aber Aluminium- und Magnesiumlegierungen). Dabei bildeten die 3D- Simulationen und die Analyse des konvektiven Energietransportes den Schwerpunkt der Untersuchungen. Im Ergebnis wurden neue Erkenntnisse zur Ausbildung der Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder sowie zu den Schmelzbadabmessungen und der vom Werkstück absorbierten Laserleistung für die untersuchten Materialgruppen in Abhängigkeit der technologischen Parameter gewonnen.
Schlagwörter :laser welding, numerical simulation, weld pool, magnesium alloy, aluminium, Marangoni effect, temperature field
Rechte :Dieser Text ist urheberrechtlich geschützt
Größe :IX, 132 S.
 
Erstellt am :03.12.2010 - 13:42:28
Letzte Änderung :03.12.2010 - 13:43:05
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00009396
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