Einfluss der Temperaturabhängigen Modellierung der Laserstrahlabsorption auf die Schmelzbadgeometrie beim Hochleistungslaserstrahlschweißen
- Der Absorptionsgrad metallischer Werkstoffe spielt bei Fügeprozessen mit einer Strahlungsquelle wie dem Hochleistungslaserstrahltiefschweißen eine bedeutende Rolle. Dieser beeinflusst die Menge der absorbierten Laserenergie, welche zum Aufschmelzen sowie zur lokalen Verdampfung des zu verbindenden Materials führt. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Laserstrahlabsorption ist die Temperaturabhängigkeit. Dennoch wird sie in vielen Simulationsarbeiten häufig ignoriert und stattdessen ein angepasster Parameter zur Kalibrierung der Ergebnisse implementiert. Diese Vorgehensweise wirkt sich negativ auf die Zuverlässigkeit sowie die Genauigkeit des numerischen Modells sowie auf die Vorhersagbarkeit der Simulationsergebnisse aus. In der vorliegenden Arbeit wird die Temperaturabhängigkeit der Laserabsorption in ein selbstkonsistentes zweiphasiges Modell unter Berücksichtigung der gekoppelten 3D-Fluidströmung und Wärmeübertragung einbezogen. Die berechnete Laserstrahlabsorption wird durch dieDer Absorptionsgrad metallischer Werkstoffe spielt bei Fügeprozessen mit einer Strahlungsquelle wie dem Hochleistungslaserstrahltiefschweißen eine bedeutende Rolle. Dieser beeinflusst die Menge der absorbierten Laserenergie, welche zum Aufschmelzen sowie zur lokalen Verdampfung des zu verbindenden Materials führt. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Laserstrahlabsorption ist die Temperaturabhängigkeit. Dennoch wird sie in vielen Simulationsarbeiten häufig ignoriert und stattdessen ein angepasster Parameter zur Kalibrierung der Ergebnisse implementiert. Diese Vorgehensweise wirkt sich negativ auf die Zuverlässigkeit sowie die Genauigkeit des numerischen Modells sowie auf die Vorhersagbarkeit der Simulationsergebnisse aus. In der vorliegenden Arbeit wird die Temperaturabhängigkeit der Laserabsorption in ein selbstkonsistentes zweiphasiges Modell unter Berücksichtigung der gekoppelten 3D-Fluidströmung und Wärmeübertragung einbezogen. Die berechnete Laserstrahlabsorption wird durch die temperaturabhängigen Materialeigenschaften, die Lasercharakteristik und den Einfallswinkel des Laserstrahls bestimmt. Die freie Oberfläche jeder Phase wird mithilfe der volume-of-fluid Methode, kurz VOF, berechnet und die Laser-Material-Wechselwirkung wird durch ein neulich implementiertes Ray-Tracing-Verfahren modelliert, die auf einem lokalisierten Level-Set-Algorithmus basiert. Anschließend wird die transiente Wärmeeinbringung und die Geometrie der Schweißnaht analysiert und mit dem temperaturunabhängigen Absorptionsmodell verglichen. Es wurde festgestellt, dass die Temperaturabhängigkeit der Laserabsorption entscheidend für die genaue Bestimmung der Wärmeeinbringung und der Schmelzbadgeometrie ist. Das entwickelte Modell wurde anhand der experimentellen Untersuchungen validiert und die Bedeutung der Temperaturabhängigkeit bei der Laserstrahlabsorption wurde für die Simulation des Laserstrahltiefschweißens aufgeklärt.…
Autor*innen: | Stephen Nugraha PutraORCiD |
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Weitere Person: | Xiangmeng MengORCiD, Fan YangORCiD, Marcel BachmannORCiD, Michael RethmeierORCiD |
Dokumenttyp: | Vortrag |
Veröffentlichungsform: | Präsentation |
Sprache: | Deutsch |
Jahr der Erstveröffentlichung: | 2023 |
Organisationseinheit der BAM: | 9 Komponentensicherheit |
9 Komponentensicherheit / 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren | |
DDC-Klassifikation: | Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten |
Freie Schlagwörter: | Laser beam welding; Numerical modeling; Temperature dependent absorption; Weld pool dynamics |
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM: | Material |
Material / Degradation von Werkstoffen | |
Veranstaltung: | 44. Assistentenseminar |
Veranstaltungsort: | Päwesin, Germany |
Beginndatum der Veranstaltung: | 20.09.2023 |
Enddatum der Veranstaltung: | 22.09.2023 |
Verfügbarkeit des Dokuments: | Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access") |
Datum der Freischaltung: | 14.11.2023 |
Referierte Publikation: | Nein |
Eingeladener Vortrag: | Nein |