Identification of the influence of mechanical vibrations on the solidification process during deep penetration welding

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology ; Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 2015 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 267927324

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zum Schweißen von Aluminiumlegierungen mit mechanischen Schwingungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: Mechanische Schwingungen während des Laserstrahltiefschweißens der Aluminiumlegierung EN AW-5083 unterstützen den Übergang von stengelförmig dendritischen zu gleichachsig dendritischen Körnern. - Es konnte kein direkter Zusammenhang zwischen dem Anteil gleichachsiger dendritischer Körner und dem Frequenz-Amplituden-Produkt identifiziert werden. Somit konnte die These, dass das in der Gießereitechnik zur Beschreibung der Kornfeinung verwendete Frequenz-Amplituden-Produkt auch für Laserstrahltiefschweißen verwendet werden kann, nicht bestätigt werden. - Der mechanisch-metallurgische Wirkmechanismus der Kornfeinung scheint die Dendritenfragmentierung zu sein. - Das thermische Prozessverhalten sowie die Kornwachstumsgeschwindigkeit werden durch die Schwingungen nicht signifikant beeinflusst. - Die Heißrisslänge kann beim Schweißen der Aluminiumlegierung EN AW-6082 prinzipiell ohne eine erkennbare Kornfeinung oder Änderung der Kornstruktur reduziert werden. - Makroseigerungen der Hauptlegierungselemente Silizium und Magnesium wurden nicht identifiziert, sodass diese als Ursache ausgeschlossen werden können. - Eingebrachte Schwingungen führen zu einer Vermeidung niedrigschmelzender Phasen in der Schweißnahtmitte. Dieser Effekt scheint bezüglich der reduzierten Heißrissanfälligkeit dominierend zu sein.

Publications

• Grain refinement in vibration-assisted laser welding of aluminum. Proc. of the 2nd Conf. On Light Materials - Science and Technology (LightMAT 2017)
  Radel, T; Vollertsen, F
  
• Kornfeinung durch mechanische Erstarrungsmanipulation beim Laserstrahltiefschweißen. Schweißen und Schneiden 69, 4 (2017) 212
  Radel, T; Vollertsen, F
  
• Laser deep penetration welding of aluminum alloys with simultaneously applied vibrations. Laser in Manufacturing and Materials Processing 4, 1 (2017) 1-12
  Woizeschke, P; Radel, T; Nicolay, P; Vollertsen, F
  
• Thermal impacts in vibration-assisted laser deep penetration welding of aluminum. Nordic Laser Materials Processing Conference (NOLAMP 16), eds.: M. Kristiansen, S. L. Villumsen. Physics Procedia 89 (2017) 131-138
  Radel, T
  
• Mechanical manipulation of solidification during laser beam welding of aluminum. Welding in the World 62 (2018) 29–38
  Radel, T
  
• Reduction of hot cracking susceptibility during laser welding of aluminum by vibrations. Welding in the World (2018)
  Radel, T; Woizeschke, P