Pressemitteilung der Uni Dresden

Aktuelle Entwicklungen beim Lichtbogenschweißen werden auf dem Dresdner
„Fügetechnischen Kolloquium“ vorgestellt

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Dresdner Forscher am Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik der
TU Dresden untersuchen den Einfluss des Metalldampfes auf den Lichtbogen
beim Hochtemperaturschweißen. Ihr Ziel ist es, den Einfluss des
Metalldampfes auf die Temperatur, den Ladungsträgertransfer und den
Spannungsabfall im Lichtbogen zu untersuchen. Ein neues numerisches
Lichtbogenmodell ermöglicht daneben den Vergleich mit experimentell
ermittelten Temperaturen.

Der Lichtbogen, eine Gasentladung zwischen zwei Elektroden, ist das
dominierende Werkzeug zum Schweißen und Löten von metallischen
Werkstoffen. Moderne Schweißanlagen, leistungsfähige Schweißbrenner,
angepasste Prozessgase sowie schnelle Steuerungs- und selbstoptimierende
Regeltechnik ermöglichen heutzutage sicheres Lichtbogenschweißen in
nahezu allen Anwendungsbereichen. Doch erst durch die modernen Methoden
der numerischen Simulation können die komplexen Vorgänge im Lichtbogen
erkannt und untersucht werden. Damit werden die wissenschaftlichen
Erkenntnisse zur Grundlage für überraschende und innovative Lösungen.

„Beim so genannten Metallschutzgasschweißen (MSG) brennt der Lichtbogen
zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück“, erklärt
Institutsmitarbeiter Michael Schnick. „Die Licht­bogen­eigen­schaften
werden dabei von der Geometrie der Elektroden sowie der Temperatur, der
Stromdichte und den Verdampfungen an den Elektroden­oberflächen
be­stim­mt. Um nun den experimentellen Versuchsaufwand zu mindern und
zielgerichtet Prozesse mit geringer Emis­sion und erweiterten
Anwendungs­bereichen zu entwickeln, beschreiben wir die zeitlich und
örtlich hoch aufgelösten physikalischen Vorgänge durch numerische Modelle.“

Die spektrosko­pisch ermittelten Lichtbogentemperaturen stimmen mit den
Ergebnissen der neuen Dresdner Modelle über­ein und beweisen, dass die
meisten bisherigen MSG-Lichtbogenmodelle fehlerhaft sind. Als Ursache
vermuten die Dresdner Forscher den Fakt, dass der entstehende
Metall­dampf in der Licht­bogen­säule in die früheren Berechnungen ihrer
Kollegen nicht mit einbezogen wurde. Das neue Modell soll nun
weiterentwickelt und präzisiert werden. Geplant ist, die an den
Schnitt­flächen von Licht­bo­gen und Elektroden errechneten
Oberflächeneigenschaften als Rand­be­dingungen zu verwenden und so auf
Elektronen- und Ionenstromdichten direkt am Werkstück zu schließen.

Diese Ergebnisse sind Teil eines von der DFG geförderten
Forschungs­vor­habens „Erweiterung des Prozessverständnisses über
MSG-Lichtbogenprozesse durch Modellierung und Visualisierung der
physikalischen Zusammenhänge“ sowie des AiF-DFG-Clustervorhabens
„Lichtbogenschweißen – Physik und Werkzeug“.

Sie werden auf dem diesjährigen Dresdner Fügetechnischen Kolloquium mit
dem Titel „Schweißtechnik – Faszination in Forschung und Fertigung“
vorgestellt, das am 19. und 20. März im Hülsse-Bau der TU Dresden (Zi.
S386) unter der Leitung von Prof. Uwe Füssel stattfindet.

 

Informationen für Journalisten:
Dipl.-Ing. Michael Schnick
Tel. 0351 463-34373,
E-Mail: schnick@mciron.mw.tu-dresden.de