Analyse der elektrischen Prozesswirkstrecke eines MSG-Schweißprozesses zur Erstellung einer dynamischen, phänomenologischen Systembeschreibung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen; Dr. Dirk Uhrlandt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244987803

Die Einhaltung der Lichtbogenlänge beim Metallschutzgasschweißen ist eine wichtige Voraussetzung bei Regelungskonzepten in Schweißstromquellen zur Einstellung robuster Schweißprozesse. Basis für die Bestimmung der Lichtbogenlänge bilden heute Annahmen und statistische Informationen aus den Strom-/Spannungsverläufen. Diese einfachen Modellvorstellungen gehen von einer eindimensionalen geometrischen Lichtbogenlänge aus, bei der hauptsächlich die Lichtbogensäule als veränderliche Größe betrachtet wird. Derartige Modellvorstellungen weisen jedoch Defizite auf, da insbesondere die Fallgebiete maßgeblich für den Energieeintrag und damit für zusätzliche Spannungsschwankungen verantwortlich sind. Deshalb ist das Ziel des Forschungsantrages die experimentelle Analyse der Wirkstrecke Kontaktrohr - Draht - Tropfen - Lichtbogen einschließlich Fallgebiete - Werkstück. Die Bereiche der Wirkstrecke sollen separiert betrachtet werden, indem spezifische Diagnostiken eingesetzt sowie die unterschiedlichen Zeitskalen der zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge bestimmt und ausgenutzt werden. Insbesondere ist die Analyse der Gesamtwirkstrecke mit Hilfe von Zeitreihen elektrischer Signale und Messungen der komplexen Impedanz gekoppelt mit der optischen und spektroskopischen Untersuchung des Lichtbogens und der Sondierung des Tropfendepots vorgesehen. Als technologisch nutzbares Ergebnis dieser Grundlagenuntersuchungen steht nach Abschluss der Arbeiten eine Beschreibung dieser Wirkstrecke in Form eines Prozessmodells zu Verfügung, welches das Verhalten der Untersysteme dynamisch und interdependent aufzeigt. Im Gegensatz zum bisherigen Ansatz bieten die Ergebnisse einer solchen phänomenologischen System-beschreibung die Basis für eine wesentliche Verbesserung der Lichtbogenlängenregelungen beim MSG-Schweißen. Gleichzeitig werden Voraussetzungen für weiterführende Arbeiten zur physikalischen Modellbildung der Bogenansätze und Fallgebiete an schmelzenden Elektroden unter dem Einfluss von Metallverdampfung geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen