Refine
Year of publication
Document Type
Way of publication
- Open Access (5)
Keywords
- schweißen (10)
- fügen (9)
- Fügetechnik (7)
- Laserstrahlschweißen (4)
- Simulation (4)
- strukturiert (4)
- welding (4)
- Elektrodengeometrie (3)
- Leichtbauelement (3)
- Rollennahtschweißen (3)
- Stahl (3)
- WAAM (3)
- durchströmbar (3)
- mechanical properties (3)
- neuartig (3)
- Al4043 (2)
- AlSi5 (2)
- Aluminum resistance spot welding (2)
- CO2 methanation (2)
- Eigenspannung (2)
- Electrode water-cooling (2)
- FE-Simulation (2)
- Heat transfer (2)
- Schweißen (2)
- Schweißsimulation (2)
- Simulation des Mehrlagenschweißens (2)
- Verzug (2)
- cylinder block application (2)
- inner diameter coating (2)
- microstructure (2)
- simulation (2)
- structure (2)
- structured sheet metal (2)
- wire arc additive manufacturing (2)
- 1.4404 (1)
- 3D-printing (1)
- Additive Fertigung (1)
- Additive manufacturing (1)
- Al (1)
- Al5356 (1)
- Al5356 alloy (1)
- AlMg5Cr (1)
- AlSi12 (1)
- Anwendung (1)
- Bauteileigenschaften (1)
- Berechnungsverfahren (1)
- Bleche (1)
- Build-up strategy (1)
- CH4 selectivity (1)
- Ceramic (1)
- Cold Cracking (1)
- Corrosion (1)
- Dehngeschwindigkeit (1)
- Dehngrenze (1)
- Diffraction (1)
- Dissimilar joint (1)
- Dissimilar steel aluminum welding (1)
- Distortions (1)
- EDS measurements (1)
- Experiment design (1)
- Experimental Testing (1)
- FE analysis (1)
- FE simulation (1)
- FE-Schweißsimulation, Sensibilitätsanalyse, FE-Netz, Wärmequellen, Werkstoffkennwerte (1)
- FE-simulation (1)
- FEM (1)
- Fiber laser (1)
- Finite element analysis (1)
- Fluid guiding elements (1)
- Fülldraht (1)
- GMAW (1)
- Gefüge (1)
- Gefügeumwandlungen (1)
- Gefügeumwandlungen bei mehrmaliger Temperatureinwirkung (1)
- Großstrukturen (1)
- Heat source model (1)
- High Strength Steel (1)
- Hochgeschwindigkeitsaufnahme (1)
- Härteverteilung beim Schweißen (1)
- Indentation (1)
- Instrumented experiments (1)
- Kaltriss (1)
- Kühlmedien (1)
- Laser Additive Fertigung (1)
- Laser applications (1)
- Laser beam build-up welding (1)
- Laser metal deposition (1)
- Laser processing (1)
- Laser welding (1)
- Laser welding Dissimilar joint Heat source model Finite element analysis Thermal simulation Weld shape (1)
- Laserstrahlschweißen; Eigenspannung; Verzug; numerische Simulation; thermomechanische Kennwerte (1)
- Leichtbau (1)
- Lichtbogenauftragschweißen (1)
- M-STAAZ Modell (1)
- Mechanical properties (1)
- Metals (1)
- Mischverbindung (1)
- Modell (1)
- Multi-pass weldment (1)
- Nano (1)
- Nanotechnologie (1)
- Neutron diffraction (1)
- Numerische Simulation (1)
- Physical Simulation (1)
- Prozessmodell (1)
- Prüfung (1)
- Remote laser beam welding (1)
- Reverse analysis (1)
- Richten (1)
- SLM (1)
- STAAZ-Modell (1)
- Schiffbau (1)
- Schubfeld (1)
- Schweißbereich (1)
- Schweißsimulation; STAAZ-Modell ; thermomechanische Werkstoffkennwerte ; Mehrlagenschweißungen (1)
- Schweißtechnik (1)
- Selective Laser Melting (1)
- Sensors (1)
- Steel S355 (1)
- Steifigkeitserhöhung (1)
- Stress distribution (1)
- Structured catalysts (1)
- Strukturen (1)
- Temperaturfeld (1)
- Temperaturzyklen (1)
- Thermal Shock Behavior (1)
- Thermal contact conductance (1)
- Thermal simulation (1)
- Thermisches Richten (1)
- Thermo-mechanical properties (1)
- Topologieoptimierung (1)
- Triply periodic minimal surfaces (1)
- Umformen (1)
- Umwandlungsplastizität (1)
- Untersuchung (1)
- Verbindung (1)
- Verzugsvorhersage (1)
- Weld shape (1)
- Welded Structures (1)
- Welding Distortions (1)
- Welding simulation (1)
- Welding simulation; aluminium steel; welding Processes (1)
- Widerstandspunktschweißen (1)
- Wire Arc Additiv Manufacturing (1)
- Wärmeeinflusszone der Mehrlagenschweißung (1)
- Wärmetauscher (1)
- adhesion strength (1)
- air bending (1)
- air bending, structured sheet metal, simulation (1)
- aluminium-steel weld (1)
- aluminum (1)
- aluminum foam (1)
- automotive (1)
- bending force (1)
- cgs (1)
- cold arc pulse (1)
- cold arc pulse (CAP) (1)
- cold gas spray (1)
- cold gas spraying (CGS) (1)
- cold gas spraying (cgs) (1)
- composite materials (1)
- computational welding mechanics (1)
- computer modeling (1)
- crystallography (1)
- defects formation (1)
- dissimilar joint (1)
- electron beam welding (1)
- eutectic formations (1)
- experimentell (1)
- experimentelle Werkstoffkennwerte (1)
- experimentelles Berechnungsverfahren (1)
- experimentellgestütztes Berechnungsverfahren (1)
- gyroid geometry (1)
- gyroid-3D complex (1)
- hardness (1)
- heat input (1)
- hemming (1)
- high-strength steel (1)
- hochfeste Stähle (1)
- hot crack susceptibility (1)
- inlayer (1)
- komplexe Struktur (1)
- laser beam welding (1)
- laserstrahlgeschweißte Bauteile (1)
- material properties of the heat affected zone; multi-pass welds (1)
- mehrschalig (1)
- model (1)
- modeling of welding and joining (1)
- morphology (1)
- multi-pass welds (1)
- neutron diffraction (1)
- nickel-based alloys (1)
- numerisch (1)
- numerische Simulation (1)
- particle velocity (1)
- physical simulation, Gleeble (1)
- physikalische Simulation (1)
- residual stress (1)
- resistance spot weld (1)
- resistance spot welding (1)
- rsw (1)
- simulieren (1)
- single-track (1)
- structur sheet metals (1)
- structured metals sheet (1)
- structured sheet metals; laser welding (1)
- strukturierte Bleche; Remote; Laserstrahlschweißen; Widerstandspunktschweißen (1)
- temperature rates (1)
- tensile strength (1)
- thermal-mechanical simulation (1)
- thermal-metallurgical FE simulation (1)
- thermo-mechanical properties (1)
- thermomechanical (1)
- thermomechanical numerical simulation (1)
- thermomechanische Eigenschaften (1)
- thermomechanische Werkstoffkennwerte (1)
- wear resistance (1)
- weld pool models (1)
- welded structures (1)
- welding simulation (1)
- welding temperature field (1)
- wärmearm (1)
Institute
Rollennahtelektrode
(2017)
Eine Rollennahtelektrode zur Verwendung beim Rollennahtschweißen umfasst eine segmentförmige Elektrodenfläche (2) zur Anpressung der zu verbindenden Bauteile und zur Einleitung des Schweißstroms und der Schweißspannung. Die Elektrodenfläche (2) ist derart dreieckförmig oder mäanderförmig oder zueinander beabstandet ausgebildet, dass in der ebenen Abwicklung der Elektrodenfläche (2) ein Zickzack-Muster oder ein Wellen-Muster oder ein Steppnaht-Muster oder ein Rechteck-Muster vorliegt.
Bleche mit regelmäßig angeordneten steifigkeitserhöhenden Strukturen werden zunehmend in Kon-struktionen zur Erhöhung der Steifigkeit dünner Bleche bzw. von kompletten Bauteilen verwendet. Damit diese Bauteile wirtschaftlich verarbeitet werden können, bietet das Rollennahtschweißen mit seinen hohen Prozessgeschwindigkeiten und ohne notwendigen Einsatz von Zusatzwerkstoffen bzw. Schweißhilfsstoffen eine kostengünstige Alternative zu anderen Verfahren. Beim Rollennahtschweißen strukturierter Bleche führen jedoch klassische Rollennahtelektroden zur teilweisen bzw. vollständigen Einebnung der Versteifungselemente, sodass deren positive Wirkung reduziert bzw. vollständig auf-gehoben werden kann.
Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen mit unterschiedlichen Elementtiefen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente. Die Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behäl-terbau wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und X5CrNi 18-10 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt.
Die entwickelten neuartigen Elektroden berücksichtigen die Topologie der Bleche, um eine Einebnung der strukturierten Bleche zu vermeiden. Daher wurden Elektroden mit veränderten Geometrien an den Elektrodenarbeitsflächen gestaltet. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene und die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Elektrodenarbeitsfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde in Schweißversuchen bestimmt und Schweißbereichsdiagram-me bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Fes-tigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweiß-untersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimie-rung führte zu einer vergleichbar guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemen-te mit den neuen Elektroden als auch bei deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Anschließend wurde ein Vergleich der Verbindungsfestigkeiten mit dem Widerstandspunktschweißen und dem Metall-Aktivgas-Schweißen durchgeführt.
Beim Rollennahtschweißen von Blechen mit eingebrachten Versteifungselementen wie Sicken oder regelmäßig
angeordneten Strukturen führen lineare Schweißpfade unter Verwendung klassischer Rollenelektroden zur teilweisen
bzw. vollständigen Einebnung dieser Versteifungselemente. Dadurch kann die positive Wirkung der Versteifungselemente
reduziert bzw. vollständig aufgehoben werden. Somit müssen neue Wege für das Rollennahtschweißen von gesickten oder strukturierten Blechen erarbeitet werden. Es wurden zwei neuartige Elektroden mit veränderten Geometrien an den Kontaktflächen entwickelt, welche die Topologie der Bleche berücksichtigen und eine Einebnung vermeiden. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene Kontaktfläche, die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Kontaktfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde durch Schweißversuche bestimmt. Es wurden Schweißbereichsdiagramme bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Festigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweißuntersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden. Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente mit unterschiedlichen Elementtiefen. Diese Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau, in der Investitionsgüterindustrie und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behälterbau sowie zur Ermittlung grundlegender Kenntnisse wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und 1.4301 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung
in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten
Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimierung führte zu einer vergleichbar
guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemente mit den neuen Elektroden als auch bei
deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Strukturierte Bleche besitzen eine dreidimensionale Struktur aus regelmäßig angeordneten Versteifungselementen, welche die Steifigkeit der Bleche global erhöhen. Neben der Steifigkeitserhöhung besitzen strukturierte Bleche eine vergrößerte Oberfläche, ein verändertes akustisches Verhalten sowie ein ansprechendes Design als positive Merkmale. Mit der Qualifizierung des
Rollennahtschweißens für verzugsarme, mediendichte Schweißnähte erschließen sich neue wichtige industrielle Anwendungen für strukturierte Bleche und den daraus hergestellten mehrschaligen Bauelementen (zwei strukturierte Bleche im Parallelstoß) mit Hohlräumen zwischen den Blechen. Innovative Produktentwicklungen in der Wärmetechnik, im Transportwesen und im Bauwesen
können mit strukturierten Blechen für Rekuperatoren, Lüftungsanlagen, Wärmeboxen, chemische Apparate, temperierbare Behälter sowie Fußbodenheizungen, Kühlräume, Klimakammern, Fassadenelemente oder Lärmschutzwände umgesetzt werden. Derzeit steht dazu kein geeignetes Fügeverfahren zur Verfügung, welches alle
Anforderungen erfüllt. Das Rollennahtschweißen eignet sich, strukturierte Bleche so zu fügen, dass sie den Anforderungen der zukünftigen Einsatzbereiche entsprechen unter Erhalt der positiven Eigenschaften. In diesem Projekt wurden strukturierte Einzelbleche und der aus ihnen gefertigten mehrschaligen Bauelemente mit dem Rollennahtschweißen gefügt. Zur Herstellung der mehrschaligen Bauelemente wurden Rollpunktnähte genutzt,
welche strukturerhaltend hergestellt wurden. Dazu sind neuartige Rollennahtelektroden entwickelt, gefertigt und erprobt worden. Die notwendigen Schweißparameter zum strukturerhaltenden Schweißen und zum Schweißen mit
Verformung der Struktur wurden in schweißbereichsdiagrammen dokumentiert
und die Verbindungseigenschaften durch Zugversuche und Metallografie qualifiziert. Für die genannten Anwendungsbereiche wurden Dichtnähte an den
Randbereichen der Bleche hergestellt. Durch die Überprüfung der Dichtheit, der Druck- und Korrosionsbeständigkeit wurden die mehrschaligen Bauelemente für mögliche Anwender qualifiziert.
Für die durchgeführten Recherchen und Untersuchungen wurde ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Vollzeit beschäftigt und durch eine studentische Hilfskraft, sowie einen Techniker unterstützt. Die geleistete Arbeit entspricht im
vollen Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war für die Durchführung des Vorhabens notwendig und angemessen.
The paper presents a numerical and experimental approach for the quantification of the thermo-mechanical properties in multi-pass weld’s heat affected zone (HAZ) of low alloy steel “S355J2+N”. First, the characteristic temperature cycles for multi-pass welds were identified by FE temperature field simulations of welding. Based on the identified temperature cycles, the microstructure in the HAZ has been physically simulated with the simulation and testing system Gleeble 3500 to investigate the influence of multi thermal exposure on the thermo-mechanical properties. Thus, the thermo-mechanical material properties including thermal strain and temperature dependent stress strain behaviour as function of peak temperatures and cooling rates have been determined. These material properties were used to calibrate a developed model for numerical prediction of the material properties of multi-pass weld HAZ.
Thermal shock behavior of ceramics plays a decisive role in their broad industrial applications. For
enhanced understanding of damage and failure mechanism under thermal shock loading, in the present
work, a combination of experimental testing and numerical simulation methods has been used. The
thermal shock behavior of the alumina (99.7%) disk samples has been investigated by using a plasma
test stand: the bottom of the ceramic disks were locally heated in the center by plasma beam; during the
heat treatment the temperature distribution at the top of the sample was recorded with a thermographic
system. To characterize the thermal shock resistance, a thermomechanical simulation was subsequently
carried out. It calculates the temperature and stress distribution within the ceramic disks. The
calculated critical thermal tension stresses are reported, which led to the failure of the ceramic disks
under thermal shock loading. The effect of the sample thickness on the temperature and stress
distribution is presented. Compared with the experimental results the simulated results show excellent
agreement. As conclusion, it is possible to determine the thermal shock behavior of ceramic materials by
the combination of experimental testing and numerical simulation.
The purpose of this study is to characterise the corrosion behaviour of zinc-coated sheet metals after a structuring process using the salt spray test. The investigated structured material is manufactured by hydroforming and has a periodic hexagonal geometry. The corrosion behaviour has been evaluated by estimating the development of the corrosion area and penetration depth. The results of the investigation show that the corrosion area is larger on the smooth sheet than on the structured sheet. The difference between the structured and smooth sheets is negligible with increasing exposure time. Furthermore, the reasons for the different corrosion behaviours are discussed.
Die vorliegende Arbeit stellt das von Professor Michailov vorgeschlagene Spitzentemperatur-Austenitisierungs-
Abkühlzeit-Modell für die thermomechanische Schweißsimulation unter Berücksichtigung der Gefügeumwandlungen vor. Das Modell erfasst die für die Gefügeausbildung maßgebenden Temperaturzyklen durch seine drei so genannten STAAZ-Parameter: Spitzentemperatur, Austenitisierungs- und Abkühlzeit. Die Korrelation dieser Temperaturzyklusparameter mit den thermomechanischen gefügeabhängigen Werkstoffeigenschaften erfolgt auf Grundlage einer empirischen Datenbasis. Mit der vorgenommenen Erweiterung zu Mehrmalig-(M-)STAAZ lässt sich das aus einem vorgelagerten Temperaturzyklus entstandene Zwischengefüge berücksichtigen.
Cold cracks in welds are the result of the formation of brittle microstructure as martensite in the presence of diffusible hydrogen as well as of tensile stresses. Cold cracks occur when the combination of cold crack influence parameters (CCIP) overcomes a critical limit. In this study, critical combinations of CCIP were identified with an enhanced test procedure under welding conditions. The test is based on the physical simulation technique of heat affected zone (HAZ) and it is carried out using the test and simulation center Gleeble 3500. Thereby, laboratory special specimens are charged with hydrogen from pure hydrogen atmosphere in the initial stage of the test. Rigidly restraint specimen section is subjected to different weld temperature cycles. Through the thermal exposure, the desired microstructure of HAZ is set in the test zone of the restraint specimen section. A plastic deformation takes place owing to the prevented expansion during heating and contraction of the specimen during cooling. Consequently, compressive or tensile reactions stresses arise in the deformed zone. Cracked specimen represents a critical combination of the CCIP. The quantitative cold crack criterion separates the cold crack susceptible combinations from those non susceptible.
In this study, a three-dimensional thermal conduction model based on the finite element analysis was established to predict a heat distribution during laser welding in overlap configuration of austenitic stainless steel 1.4301 and hardenable aluminum alloy 6016. A hybrid model based on two expanded curve-rotated volumetric heat sources is suggested to capture the complex weld geometry. Since thermal flow in the overlap area is a crucial part of the model, an analytic calculation of a thermal contact conductance between the plates and its subsequent implementation in the FE model through a superposition of two contact surfaces are described in details in this paper. Full thermal cycles, weld shapes, and thus mixing grades were successfully predicted by means of the developed model for different parameter combinations.
Die Erfindung betrifft ein strukturiertes Tailored Blank, umfassend mindestens zwei Fügepartner, wobei mindestens ein Fügepartner ein strukturierter Fügepartner ist und wobei der strukturierte Fügepartner regelmäßig angeordnete Versteifungselemente umfasst und wobei der strukturierte Fügepartner an mindestens einen weiteren Fügepartner gefügt ist.
In this study, the residual stresses distribution induced by multi-pass arc welding of the steel S355J2+N are investigated experimentally and numerically. An extended approach is used for the simulations, which considers the change of the local microstructure properties due to multiple reheating. Experimental material data obtained from physical welding simulations with Gleeble® are used for the model calibration. The experimental stress study is performed using a neutron diffraction method on a fourier stress diffractometer. Numerical analysis of the welding stresses formation in the weldment is performed and compared to the experimental study. The results explain the influence of the welding thermal history on the resulting local thermo-mechanical properties in the heat-affected zone and, thus, on the residual stress distribution. The consideration of the local microstructure properties in the welding simulation leads to a significant increase in accuracy of the numerical results. The major influence factor on the residual stress formation is the change in the interpass microstructure yield strength. When a root pass with short cooling times is subjected to re-austenitisation in the fine-grained zone, the yield strength increases in this area and affects consequently the residual stress distribution. The influence of the reheating is detectable in the depth of the weldment, but it is less significant for the residual stress formation near the surface of the welded joint.
Direct bonding of copper and porous LaCrO₃ without an extra filler interlayer was successfully completed using local and fast Cu‐infiltration through laser cladding. This significantly reduced the susceptibility of the ceramic to cracking. A high‐speed camera investigation into the wetting and infiltration behavior of a Cu‐melt into LaCrO₃ with a porosity of ~63 vol% was performed. By adjusting the focal distance with a constant laser power of 300 W, the Cu‐melt was rapidly infiltrated into the ceramic preform in 10 seconds. This was completed under atmospheric air conditions, without added inert gas. The joining process developed can be used to fabricate ceramic/metal joints with targeted (micro‐) structure properties by adjusting the infiltrated melt and the infiltration depth, which would be suitable for many applications, such as multifunctional devices, solid oxide fuel cells or heating elements.
The properties of sandwiches with aluminum foam and the special features of their use in lightweight welded structures are determined. The weldability of such sandwiches in foamed and non-foamed conditions is analyzed under friction stir welding, laser beam welding and short arc welding in protective gas. The process and mechanical properties of the welds are studied. The results are generalized in a catalog that may be useful for materials scientists and designers.
Great attention is focused nowadays on laser welding of dissimilar steel-aluminum joints in overlap configuration in key-hole mode. It was found that elastic-plastic properties of the weld metal exhibit strong difference to those of the base alloys and can be defined as a function of aluminum content in the weld metal. A developed Finite-Element simulation model allows prediction of the aluminum content as a function of welding parameters and subsequently the elastic-plastic properties of the weld metal as a function of the determined content. The main goal of the present study is to show the impact of the weld metal properties on welding distortions and residual stresses. For that purpose, a sensitivity analysis of the thermomechanical model was performed, where the distortions and residual stresses were computed as a function of welding parameters and therefore as a function of corresponding weld metal properties. The analysis showed that the influence of the weld metal is essential, and its properties should be taken into consideration in the models for better prediction accuracy.
This study presents an experimental results of residual stress states in stainless steel plate samples with size 100 x 50 x 10 mm welded using a high-power fiber laser. The technological parameters of the welding process were: laser power Q = 15 kW; laser spot size = 0.65 mm; welding speed V = 3 m/min; 4 m/min; 5 m/min, using 30 L/min of protective Ar gas. The neutron diffraction method was used to determine the residual stresses in the bulk of the material. The neutron experiments were performed on the FSD diffractometer at the IBR-2 pulsed reactor in the Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research - Dubna, Russian Federation. The measured residual stress distributions exhibit maxima at weld seam centers. As expected, for all specimens the residual stress is falling down in regions distant from the weld zone. Maximal residual stress value of 492 MPa was observed for sample welded with speed of V = 5 m/min.
Während in einem konventionellen Ultraschallprüfkopf ein Kunststoffdämpfungskörper mit Kleber oder Öl an einen Piezoschwinger angekoppelt ist, werden als Hochtemperaturlösung feinporöse sintermetallische Dämpfungsmaterialien mit einer Flüssigglasankopplung eingesetzt. Um dabei das Sintermetall vor dem korrosiven Angriff der Glasschmelze zu schützten, wird am Dämpfungskörper gegenwärtig Gold- oder Platinfolie zeit- und kostenaufwendig appliziert.
In der aktuellen Arbeit wurde eine Methode zum Korrosionsschutz der sintermetallischen Oberfläche aus rostfreiem Stahl mittels Laser-Pulverauftragschweißen entwickelt. Im Laufe einer Schweißparameterstudie auf dem Substratmaterial aus massivem rostfreiem Stahl wurde die Eignung unterschiedlicher Auftragsmaterialien auf Nickel- und Kobaltbasis untersucht. Dabei wurde zunächst der Einfluss verschiedener Schweißparameter wie Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Pulvermenge auf die Auftragsqualität (Nahtform, Vermischungsgrad, Porosität) metallografisch bewertet. Anschließend wurden die aufgetragenen Schichten hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit getestet. Der Kontakt mit einer flüssigen Glasmischung bei 500 °C hat bei keiner der beschichteten Proben sichtbare Korrosionswirkung gezeigt. Als Resultat der Schweißparameterstudie haben sich besonders die nickelbasierten
Pulver als gut geeignete Materialien für den Prozess gezeigt. Die identifizierten Schweißparameter wurden im nächsten Schritt erfolgreich an das sintermetallische Substrat angepasst.
Crystallography and Mechanical Properties of Wire Arc Additively Manufactured Al5356 Components
(2021)
In this study, we present results of the evolution of the crystallographic texture and imperfections, as well as the corresponding mechanical properties of wire and arc additively manufactured (WAAM) Al5356 specimens, studied by X-ray diffraction (XRD) and tensile testing, respectively. The results show that the phase composition is in the form of a face-centred cubic (fcc) crystal structure, corresponding to the base material, as well as some traces of oxide phase Al2O3. The WAAM specimen growing is accompanied by a slight change in the preferred crystallographic orientation, from (111) to (200) and a decrease in the imperfections concentration. Also, it was found that the ultimate tensile strength (UTS), yield strength (YS), and elongation slightly decrease from the initial to the more advanced stages of growth.
Analysis of temperature field during electron beam welding of hot crack sensitive nickel base alloy
(2021)
The use of temperature-resistant nickel-based superalloys in the field of industrial gas turbines is increasing due to constantly rising operating temperatures. Among different joining methods the electron beam welding is commonly used for manufacturing of turbine components because it provides a reduced heat input. However, the highly localized beam impact causes high temperature gradients and leads to the formation of hot cracks. Welding of such material with a high brittle temperature range is challenging and needs an increasing effort of process adaption. Experiments indicate a significant improvement of hot crack susceptibility when welding outside the common welding parameter range. To understand these observations a study of the temperature field in the specimens using numerical simulations was carried out. For this purpose, a validated simulation model was used. Special attention was paid to the domain in close vicinity of the weld pool. The results illustrate the velocity of solidification isotherm as well as the temperature rates when crossing the melting point. Finally, the relations between thermal fields, crack types and distributions in the different specimens are discussed.
This work investigates heat transfer mechanism of aluminum resistance spot welding process. The main target is to determine thermal contact conductance and heat transfer coefficients for natural convection and thermal radiation at ambient air and forced convection inside the water-cooled electrodes. For this purpose, the heat transfer of hot sheets in a welding gun for aluminum alloys AA5182 and AA6014 is analyzed experimentally and numerically. The transient temperature field is measured by several thermocouples in a simplified experimental setup. Subsequent thermal-mechanical coupled finite
element simulations of the experiments were used to calibrate the heat transfer coefficients. The heat transfer coefficient for natural convection and thermal radiation to ambient air is 13 W m2 K and the heat transfer coefficient for forced convection of electrode water-cooling is 25,000 W m2 K. The results indicate that the thermal contact conductance can be assumed ideal for welding process. Additionally, the finite element model is validated by the measured and calculated dissipated heat due to forced convection. Finally, a sensitivity analysis is performed to compare the influence of maximum and minimum heat transfer coefficients of forced convection (water-cooling) on transient temperature field and dissipated heat of sample
AA5182.
Among different joining methods, the electron beam welding is recently applied for manufacturing of turbine components from temperature-resistant nickel-based conventionally cast Alloy 247 LC CC. However, the high tendency to hot cracking, in particular the formation of solidification cracks, remains a major challenge. Experiments indicate a significant reduction in hot cracks if the welding is performed outside the common welding parameter range. To understand these observations, a study of local thermo-mechanical conditions during electron beam welding of Alloy 247 samples was carried out using numerical simulations. The results were subsequently compared with reference test welds. For this purpose, a finite element model for coupled transient thermal and mechanical analysis was created and used. The work presents a comparative analysis of the evolution of strain components in brittle temperature range during cooling, considering the distribution and orientation of the cracks. Various relations between local strain kinetics and crack appearance, with notable influence of the plastic strain vector, were observed. Finally, the aspects of assessment of hot crack susceptibility with aid of thermo-mechanical welding simulation are discussed.
In this publication, cold gas spraying (CGS) is investigated as an enabler for aluminum-steel joints. Using a powder-based coating process to adhere a steel layer to an aluminum substrate allows a steel component to be welded to the deposited layer by resistance spot welding. This method permits the metallurgical connection between similar materials to be separated, while mechanical bonding ensures the connection at the dissimilar aluminum-to-inlayer interface. A modification of the porous CGS layer, as well as the creation of the remelted zone in the aluminum, can be observed during the resistance spot welding process. Electron backscatter diffraction (EBSD) analyses show that the severely prestressed particles in the CGS coating recrystallize, which coincides with a decrease in defect density and hardness in the heat-affected zone. Microscopy of the aluminum substrate shows the creation of metallurgical pores as well as the expansion of pores attributed to the casting process. The rise in remelted aluminum hardness and decrease in the heat-affected zone of the CGS layer indicate the formation of a metallurgical notch.
Mixing of steel and aluminum within the weld pool during keyhole laser welding results in a complex dissimilar microstructure, which in turn, initiates a shift in weld metal mechanical properties. In this study, a numerical model for computation of distortions in laser-welded dissimilar overlap joints (austenitic stainless steel 304 – 6082-T6 aluminum alloy), which considers properties of the mixed steel-aluminum weld metal was developed. The required yield strength, Young's modulus, and strain hardening exponent of the weld metal were experimentally determined using the indentation technique coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy. The designed material model calculates the weld elastic-plastic properties as a function of the aluminum concentration. The softening of the alloys in the heat-affected zone was determined by physical simulations and considered as a function of maximum temperature. Computed and measured distortions showed good agreement for various welding regimes with an average deviation of 18.4%. The sensitivity analyses indicated that the application of the developed weld material model significantly improves the accuracy of the thermomechanical simulations.
In this work, a numerical model and experiments are used to investigate heat transfer processes during resistance spot
welding process of aluminum. For this purpose, calibrated heat transfer conditions and thermal contact conductance are transferred from a previous work to a coupled thermal-electrical-mechanical finite element model. First, all domains of the numerical model are validated by an experimental study. The experimental setup includes the measurement of current, voltage drops, electrode force, electrode displacement, and temperatures while two sheets of aluminum alloy AA5182 are joined. Computational results show that most of the generated Joule heat (78%) is stored in the electrodes or transferred to cooling water until the end of weld time. Heat transfer by natural convection and thermal radiation is very small and can in general be neglected for complete process. Afterwards, the influence of electrode water-cooling on welding process is investigated numerically. The results indicate that the generation of Joule heat and thermal energy of the sheets during weld time is only slightly affected by electrode water-cooling. As a consequence, water-cooling conditions do not affect nugget formation. In contrast, electrode water-cooling highly influences cooling conditions during hold time.