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The industrial demand for flexible and innovative manufacturing technologies is continuously increasing. These technologies have to be sustainable and resource-efficient, and have to allow the production of long-life capital goods. Consequently, the additive processes gain in importance as they offer an enormous potential of application, especially for the turbomachinery industry.
In order to use additive manufacturing technologies in industrial applications, it is necessary to consider the complete process chain, including all necessary pre- and postprocessing. Although additive manufacturing is increasingly covered in scientific research, the linking between this technology and conventional industrial processes is rarely described.
Laser remote welding is a dynamic and flexible joining technology which enables various new approaches in welding sequence and weld position planning. However, the challenge is to find the optimal set-up within this large parameter space. In this article, numerical welding simulation is used to deal with this challenge. For a car door, different welding sequences and weld positions were numerically analyzed and compared with respect to its welding distortion behavior.
Life Cycle Assessment (LCA) and Social Life Cycle Assessment (SLCA) are applied in evaluating possible social and environmental impacts of the state-of-art welding technologies, such as Manual Metal Arc Welding (MMAW), Manual Gas Metal Arc Welding (GMAW), Automatic GMAW and Automatic Laser-Arc Hybrid Welding (LAHW). The LCA results indicate that for 1 meter weld seam, MMAW consumes the largest amount of resources (like filler material and coating on electrodes) and energy, which contributes to comparatively higher environmental impacts in global warming potential, acidification, photochemical ozone creation potential and eutrophication than other chosen processes. With regard to social aspects, the health issues and fair salary are under survey to compare the relative potential risk on human health caused by fumes in different welding technologies, and to indicate the sufficiency of current salary of welders in Germany. The results reflect that the wage status of welders is still fair and sufficient. The manual processes bring much higher potential risk of welders health than the automatic processes, especially MMAW.
Welding is one of the most critical operations for the construction of reliable metal structures in everything from ships to reactor vessels. When welds fail, the entire structure often fails—so expectations on weld quality have never been higher. Any process that uses a localized heat source, such as welding, is likely to result in some distortion. The welding process of very thick metal components is not inherently stable and is barely controllable without external forces.
This paper deals with the use of an adaptive control system for compensating the variation in the gap height of a fillet welded lap joint. Gap bridging requires the input of additional filler material and is related to an increased energy input. Hence, the aim was a compensation of the effect of an increased heat input, in order to maintain the weld pool and excessive penetration, which can prevent consequently root reinforcement and burn-through. The findings achieved in this work show possibilities for a real-time controlled adjustments of the welding parameters in automated metal active gas (MAG) welding for compensating a higher heat input, in particular by means of the torch offset relative to the top sheet at the fillet weld on a lap joint.
Understanding the influence of tool/pin shapes on the thermal and material flow behaviors in friction stir welding is of great significance for the optimal design of tool/pin based on a scientific principle. In this study, a numerical method based on computational fluid dynamics is employed to quantitatively analyze the thermo-physical phenomena in friction stir welding with two tools of different pin shapes (axisymmetrical conical tool and asymmetrical triflat tool). Through combining a steady state model with a transient state model, both the computation efficiency and accuracy are ensured. The boundary conditions of heat transfer and material flow are determined with considering a partial sticking/sliding contact condition at the toolworkpiece interface. The total heat generation, heat density and temperature distribution during the welding process with triflat tool are elucidated and compared with that of conical tool, and the material flow patterns and deformation regions of various pin orientations are illustrated in detail. It is found that the deformation zone caused by triflat tool is larger than that by conical tool, which is validated by the weld macrographs. The computed thermal cycles and peak temperature values at some locations are in good agreement with the experimentally measured ones.
Widerstandspunktschweißen ist insbesondere im Automobilbau eine der wichtigsten Fügetechniken. Bislang erfolgt die Qualitätssicherung überwiegend durch stichprobenartige zerstörende Prüfung. Eine zerstörungsfreie Prüftechnik würde neben der Reduzierung der Prüfkosten auch eine Optimierung des Punktschweißverfahrens bedeuten, da prinzipiell jeder Schweißpunkt geprüft werden könnte und somit auch eine Reduzierung der Anzahl der Schweißpunkte möglich ist.
Es wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Punktschweißverbindung zwischen zwei Stahlblechen optisch auf einer Blechseite mittels Laser oder Blitzlicht erwärmt wird. Die aufgeschmolzene Zone, die sogenannte Schweißlinse, stellt dabei neben der mechanischen Verbindung auch eine Wärmebrücke zwischen den beiden verschweißten Blechen dar, die bei diesem Verfahren ausgenutzt wird. Durch den verbesserten thermischen Kontakt zwischen den verschweißten Blechen an der Schweißlinse kontrastiert diese deutlich mit dem umgebenden Blechmaterial, bei dem der Wärmeübertrag zwischen den Blechen vergleichsweise gering ist. Dieser Kontrast im thermischen Verhalten kann mittels zeitabhängiger Thermografie gemessen werden.
Durch das hier vorgestellte Verfahren kann mittels aktiver Thermografie sowohl in Transmissions- als auch in Reflexionsanordnung die Größe des thermischen Kontaktes zwischen den beiden Blechen ermittelt werden, welche ein Maß für die Größe der Schweißlinse und damit für die qualitative Güte der Schweißung darstellt. Ein Vorteil des entwickelten Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auf Bleche ohne Oberflächenbehandlung.
Das Laser-Pulver-Auftragschweißen als additives Fertigungsverfahren ermöglicht einen endformnahen Aufbau von Bauteilen. Ein Zielkonflikt besteht zwischen der Forderung nach hoher Aufbaurate und hoher Endformnähe, welcher von der Schweißraupengröße wesentlich beeinflusst wird. In dieser Veröffentlichung wird das Laser-Pulver-Auftragschweißen eingesetzt, um komplexe Formen additiv aufzubauen. Am Beispiel eines Tannenbaumprofiles werden unterschiedliche Einflussfaktoren dargestellt. Dazu gehören die Raupengeometrie, die Überlappung einzelner Raupen, die Verwendung unterschiedlicher Aufbaustrategien und die Teilung des Gesamtkörpers in Teilkörper. Der Zielkonflikt wird durch die Herstellung von Probekörpern mit unterschiedlichen Steigungswinkeln an den Seitenflächen verdeutlicht. Die Ergebnisse zeigen eine verbesserte Endformnähe in Bereichen flacher Steigung beim Einsatz kleiner Schweißraupen. Im Vergleich dazu erlauben die Schweißparameter der großen Raupen eine 5-fach höhere Aufbaurate. Bei einer Raupenüberlappung kleiner und großer Raupengeometrien innerhalb einer Lage treten Anbindungsfehler auf. Strategien zur Behebung dieses Fehlers durch Anpassung der Schweißreihenfolge werden in dieser Veröffentlichung aufgezeigt. Diese Erfahrungen werden genutzt, um einen Gesamtkörper aus Teilkörpern unterschiedlicher Raupengeometrien zu fertigen.
Der Fokus des vorliegenden Beitrages liegt in der Anwendung der numerischen Schweißsimulation zur Berechnung des schweißbedingten Verzugs an industriellen Bauteilen. Anhand einiger Applikationsbeispiele werden die Möglichkeiten und Einschränkungen am Markt verfügbarer Softwareprodukte aufgezeigt. Hierbei liegt die Gewichtung in einer qualitativ korrekten Abbildung der zu analysierenden Phänomene. Diese stellt die Basis für nachfolgende Parameterstudien dar, welche signifikante Einflussgrößen auf die Verzugsausbildung detektieren. Der Vorteil derartiger simulationsgestützter Analysemethoden gegenüber rein experimentellen Ansätzen wird diskutiert. Aufgrund der heutigen Verfügbarkeit spezialisierter anwenderfreundlicher Schweißsimulationssoftware und günstiger Rechenressourcen macht die Industrie in den letzten Jahren immer mehr von den zahlreichen Vorteilen einer virtuellen Prozessauslegung mit Hilfe der Schweißsimulation Gebrauch. Komplexe Praxisanwendungen können heutzutage innerhalb von 1-2 Wochen unter Berücksichtigung aller Arbeitsschritte bearbeitet werden. Die Anforderungen an den Anwender seitens der Numerik und Materialmodellierung hat sich drastisch verringert, wohingegen ein gewisses Maß an Wissen und Erfahrung vom simulierten Prozess weiterhin entscheidend für den Erfolg der Simulation ist. Am Beispiel des Einspritzventils konnte das Potential einer virtuellen Prozessauslegung anschaulich aufgezeigt werden.
The presented apparatus enables laser beam welding of thick materials under local reduced pressure conditions, thus improving the quality of welds and reducing the laser beam power necessary for complete penetration welding. The vacuum cap presented in this article uses a local reduced ambient pressure environment in a tight zone around the welding area and, in contrast to a conventional vacuum chamber, it is movable in the welding direction. The mobile installation is very compact and reaches pressure values of around 200 mbar. The reduced pressure in the vacuum cap is sufficient to generate 50 % higher penetration depth in comparison to welding under ambient pressure conditions. The low pressure around the keyhole reduces the vapour-plasma plume and therefore prevents a defocusing and scattering of the laser radiation. This allows to raise the amount of laser beam power entering the keyhole as well as the effective power density.