Beschreibung komplexer Vorgänge im Lichtbogen durch die Kopplung von inverser und direkter Modellierung
Final Report Abstract
Im Rahmen der Forschungsclusterarbeit wurden vom IIM spezielle Methoden der explorativen Datenanalyse (Zeitreihenanalyse, Bildanalysen) und inversen Modellbildung entwickelt und Ergebnisdarstellungen eingeführt, die sich, in einem gewissen Sinn, bereits als Auswertungsstandards für schweißtechnische Signale etabliert haben. Auf der Basis einer umfassenden Analyse der Fachliteratur zur physikalischen Lichtbogenforschung der letzten einhundert Jahre wurden die Modellbildungsansätze selektiert, die am besten der Datenlage entsprechen. Als Ergebnis konnte eine relativ geschlossene Gesamtmodellvorstellung des Schweißlichtbogens erarbeitet werden, die auch von direkter regelungstechnischer Relevanz für die Stromquellen ist. Es erwies sich, dass die Methoden der Klassischen Lichtbogen-Theorie (KLT) nur ungenügend die Datenlage sehr kurzer Lichtbögen widerspiegeln. Mit der vom IIM entwickelten Modellvorstellung des Ionisationsschicht-Aufheizungseffekts (ISAH) lassen sich die verschiedenen typischen Effekte der praxisrelevanten, sehr kurzen Lichtbögen, quantitativ beschreiben. In dieser Hinsicht erfolgte eine Erweiterung der KLT im Rahmen ihrer etablierten Grundvorstellungen, insbesondere des Steenbeck-Prinzips. Im Einzelnen wurden die folgenden Teilergebnisse erzielt: - Allgemeines Konzept für die Ereignisidentifikation in Schweißlichtbogenprozessen. - Zuordnung des b*I – Terms in der Lichtbogenspannung zur Randschicht. - Damit Aufklärung der bisher offenen Frage des Zusammenhanges zwischen Spannungsänderung und Lichtbogenlängenänderung. - Allgemeines Stabilitätskonzept für beliebige Impulsformen. - Begründung der Notwendigkeit, im Impulslichtbogenprozess zwei Lichtbogen-Grundtypen zu unterscheiden: G-Bogen (Gasbestimmter Lichtbogen in der Grundstromphase) und M-Bogen (Metalldampfdominierter Lichtbogen in der Impulsphase). - Neuartige Methode zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke E(I,L) als Funktion ihrer Veränderlichen (numerische Auswertungsverfahren und theoretische Begründung). - Erklärung des b*I – Terms über den Ionenschallgeschwindigkeitseffekt der Bohmschen Randschichttheorie. - Formel für den Energieeintrag in die Werkstück-Kathode, die für die Maschinenregelung in Bezug auf die Auswertung onlinefähig ist. - Allgemeines Energieverteilungskonzept im Schweißlichtbogen. - Zusatzheizungseffekt (ISAH) durch die Randschicht-Ionisationsschicht, mit der sich eine ganze Reihe von experimentellen Fakten der klassischen Lichtbogentheorie erklären lassen, für die es bisher keine überzeugenden Erklärungen gab. - Korrektur der M-Bogen Kanalmodellmethodik in Bezug auf die Temperaturabhängigkeit des Effektiven Ionisationspotentials. - Bestimmung des Effektiven Ionisationspotentials für ein Gemisch aus Argon und Metalldampf als Funktion des Mischungsverhältnisses. - Entwicklung erster Analysemethoden für die Untersuchung von Schweißlichtbögen mit Spot-Ansatz. - Analyse der physikalischen Relevanz der „Kältepol-Bogen“ Forschungsergebnisse.
Publications
- Arbeitsbericht HS Lausitz, 1. Zwischenbericht zum Lichtbogenkolloquium am 5.Oktober 2009 in Berlin, S. 37-44, ISBN-Nr.: 978-3-941681-02-6
J. Kruscha, K. Schlodder, M Tempelhagen
- Beschreibung komplexer Vorgänge im Lichtbogen durch die Kopplung von inverser und direkter Modellierung, 1. Zwischenbericht zum Lichtbogenkolloquium am 5.Oktober 2009 in Berlin, S. 26-32, ISBN-Nr.: 978-3- 941681-02-6
U. Füssel, S. Rose, M. Schnick, J. Kruscha, K. Schlodder, M. Tempelhagen, F. Wagner
- Neue Ansätze zur Realisierung eines ereignisgesteuerten Impulsschweißprozesses, DVS-Berichte Band 258, S. 22-29, 2009
U. Reisgen, G. Buchholz, M. Beckers, K. Willms, L. Stein, J. Kruscha, F. Wagner
- Ereignisdetektion zur Stabilitätsbetrachtung und Prozessbeeinflussung beim MSG-Impulslichtbogenschweißprozess. DVS-Berichte, Band 275, S. 587-592, 2011, ISBN 978-3-87155-267-0
U. Reisgen, G. Buchholz, M. Beckers,L. Willms, J. Kruscha
- Probleme, Praxisrelevanz und Perspektiven der inversen Modellbildung von Schweißlichtbogenprozessen, DVS-Berichte, Band 275,Große Schweißtechnische Tagung 2011, S. 557-575, ISBN 978-3-87155-267-0
J. Kruscha, L. Kruscha, K. Schlodder, M. Tempelhagen, F. Wagner
- Von der explorativen Datenanalyse zur inversen Modellierung – auf dem Weg zu einem neuen Auswertungsstandard für schweißtechnische Messsignale, DVS- Berichte, Band 275, ,Große Schweißtechnische Tagung 2011, S. 560-566, ISBN 978-3-87155-267-0
J. Kruscha, L. Kruscha, K. Schlodder, M. Tempelhagen, F. Wagner
