Influence of metal vapor on plasma arc stability
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde der Einfluss von Metalldampf auf den Lichtbogen untersucht. Dazu wurde zunächst ein spezieller Versuchsstand mit einem seitlich angeordneten Substratmaterial konzipiert. Auf diesem wurde der Metalldampf mithilfe eines Laserstrahlschweißprozesses erzeugt. Eine weitere Besonderheit ist die Prozessführung, bei welcher der Laserstrahlprozess zu einem stabil brennenden Lichtbogen zugeschaltet wurde, was einen direkten Vergleich der Eigenschaften des Lichtbogens mit und ohne laserstrahlinduziertem Metalldampf ermöglichte. Es wurde aufgrund der geringen Ionisationsenergie der Metallatome eine Stabilisierung des Lichtbogens durch Metalldampf erwartet. Messungen des Lichtbogenspektrums bestätigten eine Ionisation des Metalldampfes im Lichtbogen aufgrund der geringen Ionisationsenergie. Messungen der Lichtbogenspannung zeigten entgegen der Erwartung eine erhöhte Lichtbogenspannung während des Metalldampfeinflusses, die auf einen erhöhten Lichtbogenwiderstand und somit verringerte Lichtbogenleitfähigkeit und damit -stabilität hinweist. Diese Destabilisierung wurde für alle verwendeten Materialien beobachtet und bei einzelnen Versuchen durch ein Erlöschen des Lichtbogens zusätzlich bestätigt. Dabei zeigte sich ein positiver Einfluss geringer Ionisationsenergien der Materialien auf die Stabilität durch eine geringere Erhöhung der Lichtbogenspannung. Eine weitere Vermutung war ein positiver Einfluss von Elementen, bei denen die Ionisationsenergie des zweiten Elektrons unterhalb der des ersten Ar-Atoms liegt. Dies traf auf die verwendeten magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen und Titan zu. Eine Ionisation des zweiten Elektrons während des Metalldampfeinflusses konnte durch Messungen des Lichtbogenspektrums bestätigt werden. Ein positiver Einfluss dieser Ionisation auf die Lichtbogenstabilität konnte durch die Spannungsmessungen nicht bestätigt werden. Zudem kam es bei Titan teilweise zu einem Erlöschen des Lichtbogens, was eine Destabilisierung des Lichtbogens bestätigt.
Publications
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Arc stabilization by laser induced metal vapor. Proceedings of the 8th International Congress on Laser Advanced Materials Processing 2019 (LAMP 2019), #19-078 (P-HPL59, A120214), Hiroshima, Japan, May 21-24, 2019
Kügler, H.; Vollertsen, F.
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Effects of separately laser-induced metal vapor amounts on the stability of a TIG arc. Proceedings of the Lasers in Manufacturing Conference 2021 (LiM21), eds.: U. Reisgen, M. Schmidt, M. Zäh, M. Rethmeier, 2021
Henze, I.; Woizeschke, P.
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Möglichkeit zur experimentellen Untersuchung des Einflusses von Metalldampf auf einen WIG-Lichtbogen. Schweißen & Schneiden Ausgabe 74, Heft 1-2 (2022), S. 48-49, 2022
Henze, I.; Mattulat, T.; Woizeschke, P.
