Refine
Year of publication
Document Type
Keywords
- schweißen (6)
- Fügetechnik (5)
- fügen (4)
- Simulation (2)
- Stahl (2)
- 1.4404 (1)
- Additive Fertigung (1)
- Al (1)
- Berechnung (1)
- Berechnungsprogramm (1)
Institute
Thermomechanische Simulation geschweißter Mischverbindungen aus Aluminium- und Stahlwerkstoffen
(2011)
Das pulverbasierte 3D-Metalldrucken ermöglicht die Fertigung von hochkomplexen Integralbauteilen, die als Trägerstruktur für Mikroreaktoren benutzt werden. Nach einer Beschichtung der Struktur mit einem Katalysatormaterial, können diese Mikroreaktoren höchst effizient für die CO2-Methanisierung eingesetzt werden. Durch die additive Fertigung mit dem selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM) wurden adaptierte dreidimensionale periodische Gitterstrukturen mit sehr geringen Wandstärken hergestellt. Diese weisen ein sehr günstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (TPMS - Triply periodic minimal surface) auf. Des Weiteren zeigen die TPMS-Strukturen vorteilhafte Strömungseigenschaften, die sowohl für die Beschichtung mit dem Katalysator-Material als auch die Durchströmung mit den Reaktionsmedien im Betrieb essentiell sind. So ist es beispielsweise möglich, durch die Variation der Dimension einer TPMS-Struktur die Oberfläche pro Volumeneinheit, den hydraulischen Durchmesser des Reaktors und somit auch den Transportprozess des Fluids deutlich zu verbessern. Diese Faktoren ermöglichen eine effektivere Gas-Katalysator-Reaktion. Im Vergleich zu Mikroreaktorstrukturen aus den traditionellen Herstellungsverfahren liefern die additiv gefertigten Strukturen sowohl eine höhere CO2-Umwandlungsrate als auch eine CH4-Selektivität innerhalb des diffusionskontrollierten Bereichs.
Die lichtbogenbasierte additive Fertigung (WAAM) ist ein vielversprechendes Werkzeug, um die Ersatzteilbereitstellung von schwer verfügbaren oder aufwendig herstellbaren Einzelkomponenten in kürzester Zeit zu gewährleisten. Die Straffung innerbetrieblicher Abläufe sowie die Minimierung von Herstellungs- und Lagerkosten sind eine direkte Folge. Vor dem Einsatz im Betrieb muss sichergestellt werden, dass die Bauteile fehlerfrei additiv herstellbar sind und die mechanischen Eigenschaften den Anforderungen konventionell gefertigter Werkstücke entsprechen. Ein solcher Nachweis konnte am Beispiel eines additiv hergestellten Zwischenstücks für die Bergbauausrüstung mit einer abschließenden Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften erfolgreich geführt werden. Das Zwischenstück mit einem Gewicht von ca. 31 kg zur Verbindung von geometrisch unterschiedlichen Profilen wurde ausgehend von einer Grundplatte aus S355-J2+N beidseitig additiv mit einem Massivdraht G3Si1 aufgebaut. Die Ermittlung geeigneter Parameter, Schweißfolgen und Zwischenlagentemperaturen erfolgte experimentell mit begleitenden metallografischen Untersuchungen. Nach erfolgreicher Fertigung wurden die mechanischen Eigenschaften des Zwischenstücks bestimmt sowie die Festigkeit und Zähigkeit mit den geforderten Werkstoffkennwerten des bisher eingesetzten konventionellen Konstruktionsmaterials verglichen.
Schweißeinrichtung (1) zum Schweißen von Werkstücken (100), umfassend eine Laserstrahlquelle (10) zur Emission eines Laserstrahls (11), eine Vorschubeinrichtung zur Realisierung einer Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode (70) aus Schweißzusatzwerkstoff (30) in einer Transportrichtung (21) in eine Abschmelzzone, und eine Stromkontakteinheit (60) zur Anlegung einer elektrischen Spannung an die abzuschmelzende Elektrode (70), wobei die Laserstrahlquelle (10), die Vorschubeinrichtung und die Stromkontakteinheit (60) derart relativ zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass die Längsachse des von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahls (11) im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung (21) der Elektrode (70) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektrodenformungseinrichtung (40) aufweist, mit der ein Querschnitt der Elektrode (70) erzeugbar ist, der den von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahl (11) zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt.