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TU Berlin

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Metallurgische Grundlagen zum Fügen mittels im Puls modulierbarer Laserstrahlquellen

IGF-Nr. 15.637N

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Klärung der Zusammenhänge zwischen einer zeitlichen Modulation der Laserpulsleistung und der Schmelzbaddynamik unter technisch relevanten Bedingungen beim Fügen von artgleichen und artfremden Verbindungen. Erste Untersuchungen haben belegt, dass die Pulsmodulation einen erfolgreichen Ansatz für das Steuern metallurgischer Vorgänge beim Fügen ist, jedoch fehlte ein durchgehendes physikalisches Prozessverständnis.
Die experimentelle sowie analytische Untersuchung der Wechselwirkung eines zeitabhängigen Wärmestroms an der Schmelzbadoberfläche mit der Strömung im Schmelzbad standen im Mittelpunkt des Vorhabens, wobei mögliche Resonanzeffekte in der Schmelzbadströmung bei geeigneter Modulation der Laserleistung identifiziert und analysiert wurden.

In den Untersuchungen konnte eine Beeinflussung der Schmelzbaddynamik und der Erstarrung in Folge Pulsformmodulation nachgewiesen werden. Die zeitliche Modulation beeinflusst die Erstarrungsfront und erhöht die Strömungsgeschwindigkeit im Schmelzbad (Marangonizahl und die Konvektion im Schmelzbad). Bei stärkerer Konvektion im Schmelzbad kann eine inhomogene Temperaturverteilung und eine erhöhte Durchmischung erzielt werden. Die Folge ist eine hohe Keimbildungsrate und ein homogenes feinkörniges Gefüge.
Durch die experimentellen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass bei artgleichen Verbindungen durch neuartige Pulsmodulation ein homogenes und feinkörniges Gefüge in der Schweißnaht erreicht wird. Feinere Körner steigen aufgrund der Verringerung der freien Gleitlänge den Rissbildungswiderstand des Gefüges und führen somit zu einer erhöhten Lebensdauer bzw. Dauerfestigkeit der Schweißverbindung. Mischverbindungen können prozesssicher und rissfrei gefügt werden, da die Größe der intermetallischen Phasen unter einem kritischen Wert gehalten wird.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben 15.687 der Forschungsvereinigung Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Für diese Förderung und Unterstützung sei herzlich gedankt.


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