Entwicklung eines Messverfahrens zur Ermittlung des Dehnungszustandes während der Heißrissinitiierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andrey Gumenyuk
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465316565

Über den letzten Jahrzehnten hat sich das Laserstrahlschweißverfahren signifikant weiterentwickelt und in der Industrie als ein wirtschaftliches Instrument etabliert. Erstarrungsrissbildung sowie die Schweißeignung von Werkstoffen ist seit vielen Jahren ein heißdiskutiertes Thema, insbesondere im Bezug auf Ursachen der Rissbildung. Das Ziel dieses Projektes ist eine Entwicklung von 2-dimensionalen optischen Technik zur Bestimmung der lokalen kritischen Dehnungen und lokalen Dehnraten zuständigen für die Rissentstehung beim Laserstrahlschweißen. Um dieses Ziel zu erfüllen soll zunächst die Qualität der Videoaufnahmen von Schmelzbad und seiner Umgebung insbesondere der rissempfindlichen Erstarrungszone beim Schweißen mit Auswahl der passenden Belichtungs- und Kameratechnik optimiert. Anschließend werden verschiedene relevante Berechnungsalgorithmen in Open Source Computer Vision Library (OpenCV) implementiert, um die transiente 2D-Dehnungen an der Oberfläche einer zugbelasteten Probe zu erfassen. Die Ergebnisse werden miteinander sowie mit einem Referenzverfahren ARAMIS-System (Digital Image Correlation) verglichen. Das Messprinzip und der Auswertungsalgorithmus sollen eine ausrechende Genauigkeit ohne besondere Oberflächenpräparation und eine geringe Kalkulationszeit aufweisen. Die am meisten geeigneten Algorithmen werden für eine Weiterentwicklung selektiert. In einem nächsten Schritt wird eine Weiterentwicklung von Algorithmen für die Erfassung der Verschiebungen und Dehnungen in der Mushy-Zone d.h. in dem kritischen Temperaturbereich hinter dem Schmelzbad angestrebt. Die Herausforderung dabei ist eine Bestimmung der Dehnungen in einem bestimmten Bereich einer bewegenden Bildsequenz. Zwei verschiedene Konzepte werden getestet um dieses Problem zu lösen. Nachfolgend soll der Algorithmus für eine Echtzeitanalyse der Dehnungen angepasst werden. Mehrere Faktoren wie Bildauflösung, minimal geforderte Bildrate, benutzte Filterfunktionen sowie die Anforderungen a die apparative Plattform müssen optimiert werden um die Kalkulationsaufwand des Algorithmus zu reduzieren. Hauptsachlich aufgrund der Tatsache, dass keine Messmethode für die Messung von Verschiebungen oder Dehnungen in der Nähe des Schmelzbades bisher existiert, werden die mit dem neuen Algorithmus gewonnenen Ergebnisse mittels eines FEM-Models validiert. Abschließend soll nach der Bestimmung der Anforderungen zum Messsystem und der Validierung der Messergebnisse das Algorithmus modifiziert werden um eine automatische Auswertung der kritischen Dehnungskonditionen, die potenziell zu einer Rissbildung im Material führen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Michael Rethmeier
• Kooperationspartner: Privatdozent Sergey Volvenko