Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
Sprache
- Englisch (129)
- Deutsch (82)
- Russisch (6)
- Italienisch (1)
- Mehrsprachig (1)
Referierte Publikation
- nein (219) (entfernen)
Schlagworte
- Laser beam welding (38)
- Solidification cracking (13)
- Additive Manufacturing (11)
- Additive manufacturing (11)
- Laserstrahlschweißen (11)
- Laser metal deposition (9)
- Additive Fertigung (8)
- Numerical simulation (8)
- DED (7)
- Inconel 718 (7)
- Weld pool shape (7)
- Widerstandspunktschweißen (7)
- Laser Metal Deposition (6)
- Laserhybridschweißen (6)
- Mechanical properties (6)
- Thick-walled steel (6)
- Directed Energy Deposition (5)
- Gründungsstrukturen (5)
- Hochfester Stahl (5)
- Hot cracking test (5)
- Hybrid Laser Arc Welding (5)
- Hybrid laser arc welding (5)
- Laser welding (5)
- Laser-Pulver-Auftragschweißen (5)
- AM (4)
- Critical strain (4)
- Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung (4)
- Element transport (4)
- Endkrater (4)
- Hot cracking (4)
- Hybrid laser-arc welding (4)
- Laser hybrid welding (4)
- Liquid Metal Embrittlement (4)
- Numerical modeling (4)
- Offshore Windenergieanlagen (4)
- Porosity (4)
- Stainless Steel (4)
- Ti-6Al-4V (4)
- 316L (3)
- CTW-Test (3)
- Cryogenic steel (3)
- Deep penetration laser beam welding (3)
- Directed energy deposition (3)
- Electromagnetic Weld Pool Support (3)
- Electromagnetic weld pool support (3)
- Full Penetration (3)
- Heat treatment (3)
- High power laser beam welding (3)
- Künstliche Intelligenz (3)
- Laser implantation (3)
- Laserimplantation (3)
- Leichtbau (3)
- MSG-Schweißen (3)
- Magnetohydrodynamics (3)
- Microstructure (3)
- Numerical modelling (3)
- Resistance spot welding (3)
- Rundnaht (3)
- Thick Materials (3)
- Weld pool dynamics (3)
- AC weld pool support (2)
- AISI D2 (2)
- Auftragschweißen (2)
- Automatisierte Fertigung (2)
- Automatisierte schweißtechnische Fertigung (2)
- Bulging effect (2)
- Charpy impact toughness (2)
- Cladding parameter (2)
- Crystal branch development (2)
- Deep penetration (2)
- Defokussierung (2)
- Design of experiments (2)
- Digitalisierung (2)
- Directed Enery Deposition (2)
- Duplex stainless steel (2)
- Edge effects (2)
- Electromagnetic backing (2)
- Elektronenstrahlschweißen (2)
- End crater (2)
- FEM (2)
- FGM (2)
- Ferromagnetischer Stahl (2)
- Festigkeit (2)
- Friction stir welding (2)
- Gap bridgeability (2)
- Grain refinement (2)
- Heat conduction (2)
- Heißrissresistenz (2)
- Hybrid components (2)
- Hybrid welding (2)
- L-PBF (2)
- Laser Welding (2)
- Laser beam Welding (2)
- Laser cladding (2)
- Laser-Hybridschweißen (2)
- Laser-metal-deposition (2)
- Lichtbogensensorik (2)
- Lightweight concepts (2)
- Local critical strain (2)
- Magnetic field (2)
- Mathematical modeling (2)
- Melt pool dinamics (2)
- Molten pool dynamics (2)
- Moving mesh (2)
- Neuronales Netz (2)
- Numerical process simulation (2)
- Optical flow (2)
- PBF-LB/M (2)
- Partial penetration (2)
- Periodic solidification pattern (2)
- Pipe manufacturing (2)
- Pipeline (2)
- Process chain (2)
- Qualitätssicherung (2)
- Rissanfälligkeit (2)
- Schweißnahtbewertung (2)
- Schweißsimulation (2)
- Schweißstruktursimulation (2)
- Selective Laser Melting (2)
- Simulation (2)
- Single pass welding (2)
- Solidification (2)
- Superellipse (2)
- Surface structuring (2)
- Temperature behavior (2)
- TiB2 (2)
- Transient heat transfer (2)
- Ultrasonic vibration (2)
- Umweltwirkungen (2)
- Unterpulverschweißen (2)
- Verfahrensvergleich (2)
- WAAM (2)
- Weld defects (2)
- Weldability (2)
- Welding of aluminum (2)
- Welding of thick metal plates (2)
- Welding simulation (2)
- Welding thermal cycle (2)
- laser welding (2)
- Ökobilanzierung (2)
- Überlappbereich (2)
- 3D FE-simulation (1)
- 3D-FE-Simulation (1)
- 3DDruck (1)
- 9%Ni steel, (1)
- AC magnetic fields (1)
- AHSS (1)
- Additiv (1)
- Additive (1)
- Advanced High-Strength Steel (AHSS) (1)
- Advanced high strength steel (1)
- Advanced high strength steels (1)
- Al-Mg-Si-Legierungen (1)
- Al/Mg alloys (1)
- Alloy 247 (1)
- Aluminium (1)
- Aluminium-Druckguss (1)
- Analytical model (1)
- Arc sensor (1)
- Arc welding (1)
- Artificial neural network (1)
- Artungleiche Werkstoffe (1)
- As-shielded arc welding (1)
- Aufbaustrategie (1)
- Aufgelöste Tragstrukturen (1)
- Auftriebskräfte (1)
- Austenitic stainless steels (1)
- Austenitische Stähle (1)
- Automated welding (1)
- Automation (1)
- Automatisierte schweißtechniche Fertigung (1)
- Automatisierung (1)
- Automobilindustrie (1)
- Bead-on-plate welds (1)
- Bewegtes Gitter (1)
- Bionik (1)
- Build - up Strategy (1)
- Build direction (1)
- Build-up Orientation (1)
- Bulge effect (1)
- Bulge formation (1)
- Bulging (1)
- CFD-model (1)
- CO2 lasers (1)
- CTW test (1)
- Calculation time (1)
- Charpy V-notch tests (1)
- Cimensional Accuracy (1)
- Circumferential weld (1)
- Circumferential welds (1)
- Cold Cracking Test (1)
- Combined laser manufacturing (1)
- Condition monitoring (1)
- Contact element (1)
- Conventional Ni-based austenitic welding electrode (1)
- Corrosion (1)
- Crack (1)
- Cracking susceptibility (1)
- Cracking susceptibility of AHSS (1)
- Cracks in the HAZ (1)
- Critical strain rate (1)
- Cryogenic Steel (1)
- CuSn1 (1)
- DED-EB (1)
- DED-LB (1)
- DIC technique (1)
- Data preparation (1)
- Datenbankstruktur (1)
- Dickblech (1)
- Die-cast aluminum (1)
- Different welding position (1)
- Digital Image Correlation (1)
- Digital factory (1)
- Digitale Bildkorrelationstechnik (1)
- Direct Energy Deposition (1)
- Direct Laser Metal Deposition (1)
- Direct energy deposition (1)
- Directed Energy Depositio (1)
- Distortion (1)
- Distortion simulation (1)
- Duplex (1)
- Duplex AISI 2205 (1)
- Duplex stainless steels (1)
- EBAM (1)
- Edge quality (1)
- Efficient modelling (1)
- Eindringprüfung (1)
- Einfluss auf Schweißeigenspannungen (1)
- Electromagnetic influence (1)
- Electromagnetic support (1)
- Electromagnetic weld pool support system (1)
- Electromagnetic weld support system (1)
- Electron beam (1)
- Elektonenstrahlschweißen (1)
- Elektromagnetische Badstütze (1)
- Elektromagnetische Porenreduktion (1)
- Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung (1)
- Elektromagnetische Schmelzbadsicherung (1)
- Elektromagnetische Schmelzbadstütze (1)
- Embedded electronics (1)
- End-crater (1)
- Energy parameters of the arc (1)
- Equivalent heat source (1)
- Equivalent volumetric heat source (1)
- Ermüdung (1)
- Externally loaded hot cracking test (1)
- Externally loaded test (1)
- FE simulation (1)
- FE-model (1)
- FEA (1)
- FEM study (1)
- Fatigue strength (1)
- Fatigue tests (1)
- Ferritic welding electrode (1)
- Filler material distribution (1)
- Filler wire (1)
- Fine-grained Steel (1)
- Finite Element Method (1)
- Finite element method (1)
- Flow pattern (1)
- Flüssigmetallinduzierte Rissbildung (1)
- Flüssigmetallversprödung (1)
- Forschungsdatenmanagement (1)
- Friction spot welding (1)
- Functionally Graded Materials (1)
- Funktionally Graded Material (1)
- Fügequalität (1)
- Fügetechnologie (1)
- GMAW (1)
- Gaps (1)
- Gas shielded arc welding (1)
- Gleeble (1)
- Greens function method (1)
- Großrohre (1)
- Hardness (1)
- Heat Input (1)
- Heat Treatment (1)
- Heat treatments (1)
- Heissrisse (1)
- Heißriss (1)
- Heißrissanfälligkeit (1)
- Heißrisse (1)
- Heißzug (1)
- High power laser (1)
- High power laser keyhole welding (1)
- High speed laser cladding (1)
- High strength steel (1)
- High-power fibre laser (1)
- High-power laser (1)
- High-strength fine-grained steels (1)
- Hochleistungslaserstrahlschweißen (1)
- Hochleistungsschweißen (1)
- Human health G. (1)
- Hybrid Part (1)
- Hybrid-laser-arc welding (1)
- Hybridprozesse (1)
- Hybridschweißen (1)
- Hydrostatic and arc pressure exceed the Laplace pressure (1)
- Implementierung (1)
- In situ strain (1)
- Industrial and Manufacturing Engineering (1)
- Initial gap (1)
- Intensity of Restraint (1)
- Investigated materials (1)
- KI (1)
- Kaltzähe Stähle (1)
- Keyhole collapse (1)
- Keyhole mode laser beam welding (1)
- Keyhole mode welding (1)
- Kl (1)
- Knotenweise Zwangsbedingungen (1)
- Körperschall (1)
- Künstliche Neuronale Netze (1)
- Künstliche neuronale Netze (1)
- LME (1)
- LPA (1)
- LW (1)
- Laser (1)
- Laser Beam Welding (1)
- Laser Metal Deposition (LMD) (1)
- Laser Metal Deposition; Laser Beam Welding; Duplex; Stainless Steel (1)
- Laser Powder Bed Fusion (1)
- Laser arc-hybrid welding (1)
- Laser beam welding under vacuum/reduced pressure (1)
- Laser dispersing (1)
- Laser energy distribution (1)
- Laser metal deposition (LMD) (1)
- Laser metal fusion (1)
- Laser powder bed fusion (1)
- Laser- und Lichtbogenenergie (1)
- Laser-Metal-Deposition (1)
- Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) (1)
- Laser-Pulver-Auftragschweißen; Laserstrahlschweißen, Duplex, Pufferschichten (1)
- Laser-Pulver-Auftragsschweißen (1)
- Laser-beam welding, (1)
- Laser-hybrid welding (1)
- Laser-plasma hybrid (1)
- Laserdispergieren (1)
- Laserpulverauftragschweißen (1)
- Laserschweißen (1)
- Laserstrahl-(Hybrid)schweißen (1)
- Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen (1)
- Laserstrahlquelle (1)
- Leichtbauprinzipien (1)
- Life Cycle Assessment (LCA) Fusion welding (1)
- Life Cycle Assessment (LCA) Impact categories (1)
- Life Cycle Assessment (LCA) Schweißprozesse (1)
- Life Cycle Assessment (LCA) Umweltwirkungen (1)
- Life cycle assessment (LCA) (1)
- Lightweight principles (1)
- Liquation Cracking (1)
- Liquid Metal Embrittlement (LME) (1)
- Liquid metal embrittlement (1)
- Local fatigue spproaches (1)
- Lokale Effekte (1)
- Longitudinal weld (1)
- Low Temperature Toughness (1)
- Längsnahtschweißen (1)
- Lötrissigkeit (1)
- MAG Prozesssteuerung (1)
- MSG-Engspaltschweißen (1)
- Macro Processing (Joining, Welding) (1)
- Magnesium (1)
- Magnetic bath support (1)
- Manganese (1)
- Maritime Components (1)
- Material ranking (1)
- Mechanical Properties (1)
- Mechanical properties of the joints (1)
- Mechanisch technologische Kennwerte (1)
- Metal forming tools (1)
- Misalignment of edges (1)
- Misalignment of the edges (1)
- Mittelrippendefekt (1)
- Modellierung (1)
- Modified spray arc (1)
- Molten pool behaviour (1)
- Multi - physical modeling (1)
- Multiple reflections (1)
- Narrow-gap welding (1)
- Neural network (1)
- Nickel (1)
- Nickel-based superalloy (1)
- Nickelbasis-Superlegierungen (1)
- Novel metrology (1)
- Novel optical measurement (1)
- Numerical Simulation (1)
- Numerische ISmulation (1)
- Numerische Simulation (1)
- Offshore Windenergie (1)
- Offshore wind turbines (1)
- OpenScience (1)
- Optical measurement (1)
- Optical measurement technique (1)
- Optische Emissionsspektroskopie (OES) (1)
- Oscillating magnetic field (1)
- Oscillating vapor plume (1)
- PBF/LB-M (1)
- Path planning (1)
- Pearlitic microstructure (1)
- Pendelstrategie (1)
- Penetration depth (1)
- Phänomenologisch (1)
- Pipeline steel X120 (1)
- Plane crystalization (1)
- Plasma-Transferred-Arc (1)
- Plasma-cut samples (1)
- Plasma-cutting (1)
- Plasma-transferred-arc (1)
- Pointwise constraints (1)
- Porosity reduction (1)
- Porosität (1)
- Powder Analysis (1)
- Pre-weld Preparation (1)
- Preheatin (1)
- Preheating (1)
- Process diagnostics and simulation (1)
- Process monitoring (1)
- Process simulation (1)
- Profilvermessung (1)
- Prozesskette (1)
- Prozessparametern (1)
- Prozesssimulation (1)
- Prozessüberwachung (1)
- Prüfverfahren (1)
- Pufferschichten (1)
- Pulsed laser beam welding (1)
- Pulverbettbasiert (1)
- Quality assurance (1)
- Qualität (1)
- RSW (1)
- Rail tracks (1)
- Ray tracing (1)
- Ray tracing method (1)
- Ray-tracing (1)
- Recycling (1)
- Refill friction stir spot welding (1)
- Repair welding (1)
- Resistance Spot Welding (RSW) (1)
- Resource efficiency (1)
- Rissbildung (1)
- Rundnähte (1)
- SEP-1220-3 (1)
- SLM (1)
- SLM printed plasma torch (1)
- SMAW (1)
- Schallemissionsanalyse (SEA) (1)
- Schutzgas (1)
- Schutzgasschweißen (1)
- Schweißeignung (1)
- Schweißen von kaltzähen Stählen (1)
- Schweißprozesse (1)
- Schweißtechnik (1)
- Schweißunregelmäßigkeiten (1)
- Seam geometry (1)
- Selektive-laser-melting (1)
- Self-restraint hot cracking (1)
- Self-restraint test (1)
- Sensorik (1)
- Shielding gases (1)
- Single-pass welding (1)
- Social life cycle assessment (SLCA) (1)
- Solidification behaviour (1)
- Solidification craking (1)
- Spiralstrategie (1)
- Spurgröße (1)
- Stahl und Aluminium (1)
- Steel (1)
- Strain measurement (1)
- Strain rate (1)
- Submerged arc welding (1)
- Superelliptic Lamé curves (1)
- Support structures (1)
- Surface texturing (1)
- TRIP (1)
- Technical crack detection (1)
- Temperaturentwicklung (1)
- Tensile performance (1)
- Tensile strength (1)
- Tensile tests (1)
- Testing method (1)
- Thermal cycles (1)
- Thermo-capillary convection (1)
- Thermo-fluid flow (1)
- Thermographie (1)
- Thermography (1)
- Thermomechanisch (1)
- Thick plate welding (1)
- Thick plates (1)
- Thick steel plates (1)
- Thick-plate welding (1)
- Thick-walled Structures (1)
- Thin steel plates (1)
- Three-dimensional crystallization (1)
- Ti - 6Al - 4V (1)
- Tubular X-joints (1)
- Turbine blade (1)
- Turbine industry (1)
- Turbulence (1)
- Umwandlungsplastischen Konstante K (1)
- Untersuchung laserstrahlgeschweißter Verbindungen (1)
- V-notch impact toughness (1)
- Vakuum (1)
- Vaporization (1)
- Variables influencing hot cracking (1)
- Verzug (1)
- Volltransient (1)
- WEBAM (1)
- Weld cracks (1)
- Weld imperfections (1)
- Weld pool (1)
- Weld pool geometry (1)
- Weld pool modeling (1)
- Weld pool shape approximation (1)
- Weld specimens (1)
- Welding Current (1)
- Welding Simulation (1)
- Welding jig (1)
- Welding of AlMg3 (1)
- Welding under external loading (1)
- Werkstofffragen (1)
- Werkstoffranking (1)
- Widerstandpunktschweißen (1)
- Widerstandspressschweißen (1)
- Windkraftanlagen (1)
- Wire Electron Beam Additive Manufacturing (1)
- Wire electron beam additive manufacturing (1)
- Wärmenachbehandlung (1)
- X8Ni9 (1)
- YAG lasers (1)
- Zinc coated steel (1)
- Zink (1)
- Zinkbeschichtung (1)
- cryogenic steel (1)
- deposition welding (1)
- hardness (1)
- highspeed plasma laser cladding (1)
- hochfeste Stähle (1)
- laser energy distribution (1)
- laser hybrid welding (1)
- local effects (1)
- microstructure (1)
- quality assurance (1)
- resistance spot welding (1)
- selbstlernendes (1)
- strength (1)
- tensile strength (1)
- thermal cycles (1)
- thick plate welding (1)
- vacuum (1)
- Äquivalente Wärmequelle (1)
- Ökonomische und ökologische Vorteile (1)
- ГИДРОДИНАМИКА (1)
- КОНВЕКЦИЯ (1)
- ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА (1)
- МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (1)
- СВАРОЧНАЯ ВАННА (1)
- ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ (1)
- ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ (1)
- ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ (1)
Organisationseinheit der BAM
- 9 Komponentensicherheit (152)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (148)
- 7 Bauwerkssicherheit (5)
- 7.2 Ingenieurbau (4)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (3)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (1)
- 7.7 Modellierung und Simulation (1)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (1)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (41)
The contactless magnetohydrodynamic technology has been considered as a potential and promising method to improve the weld qualities of deep penetration laser beam welding. In this paper, numerical investigations are conducted to study the influence of the auxiliary oscillating magnetic field on the porosity suppression in laser beam welding of 5754 aluminum alloy. To obtain a deeper insight into the suppression mechanism, a three-dimensional transient multi-physical model is developed to calculate the heat transfer, fluid flow, keyhole dynamic, and magnetohydrodynamics. A ray tracing algorithm is employed to calculate the laser energy distribution on the keyhole wall. A time-averaged downward Lorentz force is produced by an oscillating magnetic field. This force acts in the molten pool, leading to a dominant downward flow motion in the longitudinal section, which blocks the bubble migration from the keyhole tip to the rear part of the molten pool. Therefore, the possibility for the bubbles to be captured by the solidification front is reduced. The electromagnetic expulsive force provides an additional upward escaping speed for the bubbles of 1 m/s ~ 5 m/s in the lower and middle region of the molten pool. The simulation results are in a good agreement with experimental measurements. Based on the results obtained in this study, a better understanding of the underlying physics in laser beam welding enhanced by an auxiliary oscillating magnetic field can be provided and thus the welding process can be further optimized reducing the porosity formation.
Numerical analysis of ultrasonic vibration enhanced friction stir welding of dissimilar Al/Mg alloys
(2023)
The ultrasonic vibration enhanced friction stir welding (UVeFSW) process has unique advantages in joining dissimilar Al/Mg alloys. While there are complex coupling mechanisms of multi-fields in the process, it is of great significance to model this process, to reveal the influence mechanism of ultrasonic vibration on the formation of Al/Mg joints.
In this study, the acoustic-plastic constitutive equation was established by considering the influence of both ultrasonic softening and residual hardening on the flow stress at different temperatures and strain rates. And the ultrasonic induced friction reduction (UiFR) effect on friction coefficient in different relative directions at the FSW tool-workpiece interface was quantitatively calculated and analyzed.
The Al/Mg UVeFSW process model was developed through introducing the above acoustic effects into the model of Al/Mg friction stir welding (FSW). The ultrasonic energy is stronger on the aluminum alloy side. In the stirred zone, there is the pattern distribution of ultrasonic sound pressure and energy. The heat generation at the tool-workpiece contact interface and viscous dissipation were reduced after applying ultrasonic vibra-tion. Due to the UiFR effect, the projection of friction coefficient and heat flux distributions at the tool-workpiece interface present a "deformed" butterfly shape. The calculated results show that ultrasonic vibra-tion enhanced the material flow and promoted the mixing of dissimilar materials.
The weld quality and the possible defect formation are directly determined by the weld pool shape and the thermo-fluid dynamics therein. In this paper, an untypical weld pool profile, i.e., elongated at its top and bottom but narrowed at the middle, is found experimentally and numerically in the wire feed laser beam welding. The detrimental influence of the weld pool narrowing on the element transport is analyzed and discussed. A magnetohydrodynamic technique is utilized to suppress the narrowing, aiming at a more homogenous element distribution. It is found that a low-temperature region is formed in the middle of the weld pool due to the interaction of the two dominant circulations from the top and bottom regions. The weld pool is significantly narrowed due to the untypical growth of the mushy zone in the low-temperature region, which results in a direct blocking effect on the downward flow and the premature solidification in the middle region. The Lorentz force produced by a transverse oscillating magnetic field shows the potential to change the flow pattern into a single-circulation type and the low-temperature-gradient region is mitigated.
Therefore, the downward transfer channel is widened, and its premature solidification is prevented. The numerical results are well validated by experimental measurements of metal/glass observation and X-ray fluorescence element mapping.
Through experimental observation and auxiliary numerical simulation, this investigation studies the different types of grain refinement of 5754 aluminum alloy laser beam welding by applying a transverse oscillating magnetic field. Scanning electron microscope results have proved that the application of a magnetic field can reduce the average crystal branch width and increase its number. The interaction between the induced eddy current generated by the Seebeck effect and the applied external magnetic field produces a Lorentz force, which is important for the increase of the number of crystal branches. Based on the theory of dendrite fragmentation and the magnetic field-induced branches increment, the grain size reduction caused by the magnetic field is studied. Furthermore, the effects of the magnetic field are analyzed by combining a phase field method model and simulations of nucleation and grain growth. The grain distribution and average grain size after welding verifies the reliability of the model. In addition, the introduction of a magnetic field can increase the number of periodic three-dimensional solidification patterns. In the intersection of two periods of solidification patterns, the metal can be re-melted and then re-solidified, which prevents the grains that have been solidified and formed previously from further growth and generates some small cellular grains in the new fusion line. The magnetic field increases the building frequency of these solidification structures and thus promotes this kind of grain refinement.
The effect of the oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during the laser beam welding of AlMg3 aluminum alloys is investigated by the experimental and numerical method. The real-time height of the metal vapor plume is measured by high-speed camera observation. The obtained experimental results are used to evaluate the additional heating source and laser beam attenuation caused by the scattering and absorption based on the Beer-Lambert theory. Furthermore, the dynamic behavior of the metal vapor plume is incorporated into a 3D transient heat transfer and fluid flow model, coupled with the ray tracing method, for the laser beam welding of the AlMg3 alloy. It is found that the additional heating resulting from the scattered and absorbed laser beam energy by the metal vapor plume significantly expands the shape of the molten pool on the top region. Moreover, the oscillating metal vapor plume caused the fluctuation of the molten pool shape. The probability of keyhole collapse at the bottom increases significantly to 72% due to the oscillating laser power induced by the laser beam attenuation. The internal interplay between the metal vapor plume, molten pool shape, and the keyhole collapse are obtained. The developed model has been validated by the experiments, which shows a good agreement.
New developments in nickel-based superalloys and production methods, such as the use of additive manufacturing (AM), can result in innovative designs for turbines. It is crucial to understand how the material behaves during the AM process to advance industrial use of these techniques. An analytical model based on reaction-diffusion formalism is developed to better explain the solidification behavior of the material during laser metal deposition (LMD). The well-known Scheil-Gulliver theory has some drawbacks, such as the assumption of equilibrium at the solid-liquid interface, which is addressed by this method. The solidified fractions under the Scheil model and the pure equilibrium model are calculated using CALPHAD simulations. Differential scanning calorimeter is used to measure the heat flow during the solid-liquid phase transformation, the result of which is further converted to solidified fractions. The analytical model is compared with all the other models for validation.
Durch pulverbasiertes Directed-Energy Deposition lassen sich Gradierungen fertigen, um diskrete Materialübergänge zu vermeiden und die Lebensdauer von Hartschichten zu erhöhen. Die Kombination aus Stahl als Basiswerkstoff und einer verschleiß- und korrosionsbeständigen Co-Cr Legierung verspricht durch Vermeiden von Spannungskonzentrationen das Verhindern von Abplatzungen und Rissen in der Schutzschicht. Um die Qualität des gefertigten Bauteils zu beurteilen, liegen für solche Funktional Gradierten Materialien (FGM) wenig Erkenntnisse vor. Daher wird im Rahmen dieser Studie eine Methodik erarbeitet, um die relative Dichte eines Funktional Gradierten Materials auf Stahl und Co-Cr Basis mittels Maschinendaten zu bestimmen. Anschließend wird unter Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes anhand von Sensordaten die relative Dichte vorhergesagt. Das trainierte Netz erreicht eine Vorhersagegenauigkeiten von 99,83%. Abschließend wird eine Anwendung anhand von einem Demonstrator gezeigt.
Eine typische Automobilkarosserie kann bis zu 5000 Widerstandspunktschweißverbindungen aufweisen, welche hohen Qualitätsanforderungen genügen müssen. Daher ist eine durchgehende Prozessüberwachung unerlässlich. Die Transformation zur E-Mobilität in der Automobilindustrie und die damit einhergehende Reichweitenproblematik treiben die Entwicklung und Einführung neuer hochfester Stähle an. Dies resultiert in einem gesteigerten Fertigungsaufwand hinsichtlich einer stabilen Prozess-führung in der Fügetechnik. Um diesen Anstieg an Komplexität zu bewältigen, sind die Methoden der künstlichen Intelligenz ein geeignetes Mittel. Mit ihnen kann, durch Auswertung der Prozessparameter und -signale, die individuelle Schweißpunktqualität sichergesellt werden. Die Vorhersagegenauigkeit von neuen Daten, also das extrapolieren, stellt für die meisten Algorithmen eine große Herausforderung dar.
In dieser Arbeit wird ein künstliches neuronales Netz zur Vorhersage des Punktdurchmessers von Widerstandspunktschweißungen anhand von Prozessparametern implementiert. Die Vorhersagegenauigkeit und Extrapolationsfähigkeit des Modells wird durch die Auswertung des dynamischen Widerstandssignals verbessert.
Um die Extrapolationsfähigkeit zu untersuchen, wird die Vorhersagegenauigkeit des Modells mit Daten getestet, die sich in Bezug auf den Werkstoff und der Beschichtungszusammensetzung deutlich von den Trainingsdaten unterscheiden. Dazu wurden mehrere Schweißexperimente mit Werkstoffen verschiedener Hersteller durchgeführt und nur ein Teil der Daten in das Training einbezogen. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen den positiven Einfluss der Prozesssignale auf die Robustheit des Modells und die Skalierbarkeit der Algorithmen
künstlicher neuronaler Netze auf Daten außerhalb des Trainingsraums.
The present work deals with the recently confirmed widening of the weld pool interface, known as a bulging effect, and its relevance in high power laser beam welding. A combined experimental and numerical approach is utilized to study the influence of the bulge on the hot cracking formation and the transport of alloying elements in the molten pool. A technique using a quartz glass, a direct-diode laser illumination, a high-speed camera, and two thermal imaging cameras is applied to visualize the weld pool geometry in the longitudinal section. The study examines the relevance of the bulging effect on both, partial and complete penetration, as well as for different sheet thicknesses ranging from 8 mm to 25 mm. The numerical analysis shows that the formation of a bulge region is highly dependent on the penetration depth and occurs above 10 mm penetration depth. The location of the bulge correlates strongly with the cracking location. The obtained experimental and numerical results reveal that the bulging effect increases the hot cracking susceptibility and limits the transfer of alloying elements from the top of the weld pool to the weld root.
Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen.
In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.
Through experimental observation and auxiliary numerical simulation, this investigation studies the different types of grain refinement of 5754 aluminum alloy laser beam welding by applying a transverse oscillating magnetic field. Scanning electron microscope results have proved that the application of a magnetic field can reduce the average crystal branch width and increase its number. The interaction between the induced eddy current generated by the Seebeck effect and the applied external magnetic field produces a Lorentz force, which is important for the increase in the number of crystal branches. Based on the theory of dendrite fragmentation and the magnetic field-induced branches increment, the grain size reduction caused by the magnetic field is studied. Furthermore, the effects of the magnetic field are ana lyzed by combining a phase field method model and simulations of nucleation and grain growth. The grain distribution and average grain size after welding verify the reliability of the model. In addition, the introduction of a magnetic field can increase the number of periodic three-dimensional solidification patterns. In the intersection of two periods of solidification patterns, the metal can be re-melted and then re-solidified, which prevents the grains, that have been solidified and formed previously, from further growth and generates some small cel lular grains in the new fusion line. The magnetic field increases the building frequency of these solidification structures and thus promotes this kind of grain refinement.
The amount of absorbed energy in the keyhole as well as its spatial and temporal distribution is essential to model the laser beam welding process. The recoil pressure, which develops because of the evaporation process induced by the absorbed laser energy at the keyhole wall, is a key determining factor for the macroscopic flow of the molten metal in the weld pool during high-power laser beam welding. Consequently, a realistic implementation of the effect of the laser radiation on the weld metal is crucial to obtain reliable and accurate simulation results.
In this paper, we discuss manyfold different improvements on the laser-material interaction, namely the ray-tracing method, in the numerical simulation of the laser beam welding process. The first improvement relates to locating the exact reflection points in the ray tracing method using a so-called cosine condition in the determination algorithm for the intersection of the reflected rays and the keyhole surface. A second correction refers to the numerical treatment of the Gaussian distribution of the laser beam, whose beam width is defined by a decay of the laser intensity by a factor of 1/e2 thus ignoring around 14 % of the total laser beam energy. In a third step, the changes in the laser radiation distribution in the vertical direction were adapted by using different approximations for the converging and the diverging regions of the laser beam thus mimicking the beam caustic. Finally, a virtual mesh refinement was adopted in the ray tracing routine. The obtained numerical results were validated with experimental measurements.
Abstract
In the post-processing of large maritime components, a considerable amount of waste in the form of milling and grinding chips is produced. At the same time, additive manufacturing technologies have shown great potential in producing high-volume parts for maritime applications, allowing novel design approaches and short lead times. In this context, this study presents a sustainable approach to recycle and use aluminium bronze waste material, generated during post-processing of large cast ship propellers, as feedstock for laser-powder directed energy deposition. The recycling technology used to produce powder batches is inductive re-melting in combination with ultrasonic atomization. The derived metal powders are characterized using digital image analysis, powder flowability tests, scanning electron microscopy as well as energy dispersive X-ray spectroscopy. Compared to conventional metal powders produced by gas atomization, the recycled material shows excellent sphericity and a powder size distribution with a higher content of finer and coarser particles. Metallographic sections of deposited additively produced specimens show an increased hardness and reduced ductility, but also competitive densities and higher yield and ultimate tensile strength compared to cast material. The process chain shows high potential for the maritime sector to enable circular and sustainable manufacturing.
Die Wärmeverteilung des Lasers beim Laserstrahltiefschweißen ist für die Formgebung der Dampfkapillare und für die Schweißbaddynamik entscheidend. In dieser Arbeit werden die Laserwärmeverteilung und deren Einflüsse auf die Schweißbadtiefe sowie -breite numerisch anhand des Ray-Tracing-Verfahrens analysiert. Hierbei wird der La-serstrahl in mehreren Strahlenbündeln bzw. Subrays unterteilt. Diesbezüglich soll der Pfad der Subrays präzis be-rechnet werden, um die Dynamik der Dampfkapillare und des Schweißbades eines realen Schweißprozesses rich-tig abzubilden. Zu diesem Zweck beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Genauigkeitsverbesserung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays auf der freien Oberfläche anhand der Level-Set-Methode. Um die Güte dieses Simulationsansatzes zu gewährleisten, wurde eine Gegenüberstellung mit den zwei klassischen Ray-Tracing-Verfahren mittels drei verschiedenen Benchmark-Testreihen durchgeführt. Anschließend wurden die Versuchsergebnisse zur Validierung der implementierten numerischen Ansätze verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit kann es gezeigt werden, dass unterschiedliche Wärmeverteilung aufgrund der verschiedenen Ray-Tracing-Verfahren deutlich zu erkennen ist, welche wiederum die Schweißbaddynamik sowie die lokalisierte Dampfkapil-lardynamik stark beeinflussen. Ferner wurde es bestätigt, dass die implementierte Level-Set-Methode zu einer ge-naueren Ermittlung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays und somit zu einer Verbesserung der simulierten Schmelzkontur führt.
Um Bauteile vor Verschleiß und Korrosion zu schützen werden Beschichtungen aus resistenteren Materialien aufgetragen. Hierzu zählen unter anderen die Legierungen auf Cobalt-Chrom Basis. Der diskrete Materialsprung ist jedoch unter thermischen und mechanischen Belastungen häufig Ursache für das Versagen der Beschichtung. In dieser Arbeit werden daher Materialgradierungen von verschiedenen Stahllegierungen zu einer Cobalt-Chrom Basislegierung untersucht. Die Ergebnissen werden dafür auch mit Resultaten zu vorangegangenen Untersuchungen verglichen. Kern der Arbeit bilden geätzte Schliffbilder der Materialpaarungen und Auswertungen mittels Farbeindringprüfung sowie die metallografische Bestimmung der Porosität. Ziel der Arbeit ist ein defektfreier Aufbau der funktional gradierten Materialpaarungen.
Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeit- en. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen.
Laser-based Powder Bed Fusion of Metal (PBF-LB/M) is a broadly used metal additive manufacturing (AM) method for fabricating complex metallic parts, whose sizes are however limited by the build envelope of PBF-LB/M machines. Laser welding arises as a valid joining method for effectively integrating these AM parts into larger assemblies.
PBF-LB/M components must usually be stress-relieved before they can be separated from the build plate. An additional heat treatment can be beneficial for obtaining homogeneous mechanical properties across the seam or for the formation of desired precipitations in nickel-based-alloys.
Therefore, the tensile performance of laser welded hybrid (AM/wrought) and AM-AM tensile samples of Inconel 718 is examined after undergoing three different heat treatments and considering three relevant build directions. It can be shown that the build orientation is an influencing factor on weld properties even after two applied heat treatments.
A method of solving the thermo-fluid dynamics problem is presented, enabling the prediction of the shape and dimensions of the weld pool during keyhole laser welding of thick plates. It is shown that the rear weld pool boundary can be satisfactorily approximated by a set of superellipses (Lamé curves). The presence of a convex rear weld pool boundary in the mid-plane has been observed experimentally and reproduced numerically. It was shown that in this zone the concentration of liquating impurities increases and the local solidification temperature decreases, contributing to the susceptibility to hot cracking.
Beim Unterpulverschweißen sind die Prozessgeräusche ein Indikator für eine gute Fügequalität. Diese Beurteilung kann i.d.R. nur von einer erfahrenen Fachkraft durchgeführt werden. Eine kürzlich entwickelte künstliche Intelligenz kann automatisch das akustische Prozesssignal anhand vortrainierter Merkmale klassifizieren und die Fügequalität anhand des Geräuschs beurteilen. Der Algorithmus, einmal richtig trainiert, kann den Prüfaufwand beim Unterpulverschweißen deutlich reduzieren.