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Projekt
Makromechanische Vorhersage der Vermeidung von Erstarrungsrissen beim Laserstrahlschweißen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Michael Rethmeier
Fachliche Zuordnung
Fügetechnik und Trenntechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434946896
Erstarrungsrisse stellen nach wie vor eine große Herausforderung beim Laserstrahlschweißen von Nickelbasislegierungen dar. Dieses Teilprojekt befasst sich mit der makromechanischen Vorhersage und Vermeidung von Erstarrungsrissen beim Laserstrahlschweißen unter Verwendung der Mehrstrahltechnik. Ein umfassender Ansatz, der experimentelle Untersuchungen und numerische Simulationen kombiniert, wird angewendet, um ein tiefgreifendes Verständnis des Phänomens zu erlangen. In AP1 wird in enger Zusammenarbeit mit TP2 der Schweißprozess durch systematische Variation von Schlüsselparametern wie Laserleistung und Schweißgeschwindigkeit charakterisiert. Metallografische Analysen und zerstörungsfreie Prüfverfahren kommen zum Einsatz, so dass TP3, TP4, TP5 und TP6 eine detaillierte Untersuchung der Gefügeentwicklung und Rissbildung durchführen können. In AP2 wird das Duktilitätsvermögen in der Mushy-Zone durch programmierbare Verformungsratentests (PVR) experimentell bewertet. Es werden moderne Messtechniken (Thermographie, Pyrometrie, etc.) eingesetzt, um die Temperaturverteilung während des Schweißens genau zu erfassen. Parallel dazu liefern FEM-Simulationen (Finite-Elemente-Methode) von PVR-Versuchen in AP3 Einblicke in die lokale Dehnungsverteilung und kritische Randbedingungen, die zu Erstarrungsrissen führen, was für TP4, TP5 und TP6 entscheidend ist. Diese Simulationen integrieren auch genauere Daten zum Materialverhalten aus den Simulationen von TP4. Anschließend wird eine Strategie zur Minimierung von Erstarrungsrissen entwickelt, indem defokussierte Laserstrahlen zur Umverteilung von Spannung und Temperatur um die Mushy-Zone eingesetzt werden. Um die experimentellen Kosten und den Aufwand zu reduzieren, wird die optimale Strategie in AP4 mit Hilfe von FEM-Simulationen in Kombination mit einer gradientenbasierten Optimierungsmethode entwickelt (TP7). Schließlich wird diese optimale Strategie experimentell validiert, um seine Wirksamkeit in AP5 zu bestätigen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
