Erweiterung der Prozessgrenzen beim Laser-Pulver-Auftragsschweißen durch Verminderung von Spannungen und Verzug mittels prozessoptimierender Energiedeposition

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5431913

Durch systematische FEM-Modellrechnungen soll der Einfluss der räumlichen Verteilung der Energiedeposition beim Laser Pulver-Auftragschweißen auf die thermisch induzierten mechanischen Spannungen und Deformationen ermittelt werden, um die derzeit durch Rissbildung und Verzug bedingten Prozessgrenzen im Hinblick auf Werkstoffvielfalt, erreichbare Oberflächeneigenschaften und Prozessgeschwindigkeit durch Optimierung von Spurlegung und Energiedeposition signifikant zu erweitern. Für den Fall des induktiven Vorwärmens konnte beim Antragsteller bereits experimentell nachgewiesen werden, dass mit zunehmender Vorwärmtemperatur die Rissgefahr auch bei sehr harten Schichtwerkstoffen stark abnimmt und die Prozessgeschwindigkeit um nahezu eine Zehnerpotenz gesteigert werden kann. Eine Reduzierung mechanischer Spannungen ist möglich durch Verkleinerung von Temperaturgradienten und Abkühlgeschwindigkeiten in kritischen Temperaturbereichen bzw. durch gezielte Beeinflussung der Kinetik von mit Dichteänderungen verbundenen Phasenumwandlungen. Dazu sollen mit Hilfe einer am LOT und im IWS Dresden entwickelten Software das dreidimensionale Temperaturfeld und die Schweißraupengeometrie in selbstkonsistenter Weise berechnet und damit die Phasenumwandlungskinetik bei Eisenwerkstoff en und die zeitliche Entwicklung der Spannungs- und Deformationszustände für zwei Schichtwerkstoffe mit dem kommerziellen FEM-Programm SYSWELD für verschiedene Energiequellenkombinationen (induktives Vorwärmen, Nachwärmen, asymmetrische Energiestromdichteverteilungen, Energiesenken) ermittelt und verglichen werden.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1139: Extension of the Process Limits in Materials Processing with Laser Radiation
• Participating Person: Dr. Dietrich Lepski