Entwicklung und Analyse neuartiger Verfahrensvarianten zum quasisimultanen Laserdurchstrahlschweißen unter Berücksichtigung der Temperaturentwicklung
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker Verlag
2018
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe / Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen
2018/Band 34 |
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INHALTSVERZEICHNIS.......................................................................................................
I
SYMBOLVERZEICHNIS....................................................................................................IV
ROEMISCHE
SYMBOLE....................................................................................................IV
GRIECHISCHE
SYMBOLE...............................................................................................
VII
1
EINLEITUNG.................................................................................................................1
1.1 HINTERGRUND UND
MOTIVATION................................................................................
2
1.2
ZIELSETZUNG.........................................................................................................
6
2 LASERDURCHSTRAHLSCHWEISSEN VON KUNSTSTOFFEN
.................................................
8
2.1 ERZEUGUNG VON
LASERSTRAHLUNG..........................................................................
8
2.1.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE
.........................................................................
11
2.1.2
EINSATZGEBIETE..............................................................................................
14
2.2 LASERDURCHSTRAHLSCHWEISSEN
.............................................................................
16
2.2.1 EINORDNUNG IN DIE
SCHWEISSVERFAHREN...........................................................18
2.2.2 VERFAHRENSPRINZIP / STRAHLUNGSOPTISCHE
EIGENSCHAFTEN..............................21
2.2.3 VERFAHRENSVARIANTEN
....................................................................................
24
3
LASERSCHWEISSANLAGE.............................................................................................29
4
MATERIALKOMPATIBILITAET...........................................................................................31
4.1 ARTUNGLEICHES
FUEGEN.........................................................................................32
4.1.1 HAFTUNGSMECHANISMEN BEIM FUEGEN VON
KUNSTSTOFFEN...............................32
4.1.2 STAND DER FORSCHUNG
...................................................................................
36
4.2 EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN......................................................................
39
4.2.1
VORGEHEN......................................................................................................40
4.2.2 DEFINITION DER
PROZESSFENSTER.......................................................................43
4.2.3 MATERIALKOMBINATION PP-GF30 /
PC.............................................................45
4.2.4 MATERIALKOMBINATION PBT ASA-GF20 / P C
.................................................
50
4.2.5 EINFLUSS DER
SCHWEISSNAHTLAENGE...................................................................52
4.2.6 EINFLUSS EINER
ATMOSPHAERENDRUCK-PLASMAVORBEHANDLUNG..........................55
5 TEMPERATUREINFLUSS BEIM LASERDURCHSTRAHLSCHWEISSEN
..................................
58
5.1 THERMOMECHANISCHES
MODELL........................................................................56
5.1.1 STAND DER
FORSCHUNG....................................................................................58
5.1.2 FINITE-ELEMENTE-METHODE
............................................................................
63
5.1.3 AUFBAU DES FEM-MODELLS
............................................................................
65
5.1.4 UNTERTEILUNG DER CHARAKTERISTISCHEN PROZESSPHASEN IN STEPS
...................
69
5.1.5 MATERIALDATEN /
RANDBEDINGUNGEN...............................................................
73
5.1.5.1 BESTIMMUNG DER LASERSTRAHLCHARAKTERISTIK
..........................................
73
5.1.5.2 UEBERTRAGBARKEIT DER LASERSTRAHLCHARAKTERISTIK....
.................................
76
5.1.6 MODELLVERNETZUNG
(KONVERGENZ)..................................................................
82
5.1.7 AUSWERTUNG DER
TEMPERATURPROFILE..............................................................
84
5.1.8 VALIDIERUNG DES
FEM-MODELLS......................................................................
66
5.2
KORRELATIONSANALYSE.........................................................................................91
6 LASERDURCHSTRAHLSCHWEISSEN OHNE SPANNWERKZEUG
........................................
95
6.1 LASERDURCHSTRAHLSCHWEISSEN GROSSER
BAUTEILE...................................................95
6.2 KONSTRUKTION DES PROTOTYPS.....
.......................................................................
100
6.2.1
PROZESSPRINZIP............................................................................................
100
6.2.2 UMSETZUNG DES PROZESSPRINZIPS
...............................................................
102
6.2.3
FUEGEWEGANALYSE.........................................................................................
105
6.2.3.1 BERECHNUNG DES
LASERAUFTREFFWINKELS................................................108
6.2.3.2 AENDERUNG DER
INTENSITAETSVERTEILUNG....................................................111
6.2.3.3 EINFLUSS DES LASERAUFTREFFWINKELS AUF DIE SCHWEISSNAHTFESTIGKEIT
....
114
6.2.3.4
FUEGEWEGVERLAUF..................................................................................117
6.2.4 FEHLSTELLENDETEKTION BEIM LOS OHNE SPANNWERKZEUG
.............................
126
7 PYROMETERBASIERTES ANGLEICHEN BEIM QUASISIMULTANSCHWEISSEN
...............
133
7.1 PROZESSKONTROLLE UND -REGELUNG
.....................................................................
133
7.2 ENTWICKLUNG EINER REGELSTRATEGIE
..................................................................
137
7.2.1 DETEKTION VON SPALTBEREICHEN
....................................................................
138
7.2.1.1 DEFINITION DER MAXIMALEN BESTRAHLUNGSZEIT
.......................................
138
7.2.1.2 SIMULATIONSBASIERTE BESTIMMUNG DER TEMPERATURENTWICKLUNG IM
SPALTBEREICH........................................................................................
140
7.2.2 DETEKTION DES SPALTSCHLIESSENS
..................................................................
150
7.2.2.1 AUSWERTUNG DER
TEMPERATURPROFILE....................................................151
7.2.2.2 BESTIMMUNG DER LASERLEISTUNG ZUR DETEKTION DES SPALTSCHLIESSENS.
153
7.2.3 ANWENDUNG DES REGELALGORITHMUS
............................................................
156
7.2.4 TEMPERATUR AN DER OBERFLAECHE DES TRANSPARENTEN BAUTEILS
.......
159
7.3 TECHNISCHE UMSETZUNG MITTELS ONLINE-PYROMETER
.......................................
162
7.3.1 AUFBAU DES SCANKOPFES
.............................................................................
163
7.3.2 DEFINITION OPTIMALER
MESSPARAMETER..........................................................165
7.3.3 ANWENDUNG DES
REGELALGORITHMUS............................................................171
8
ZUSAMMENFASSUNG.............................................................................................
180
9
AUSBLICK................................................................................................................188
10
LITERATURVERZEICHNIS..........................................................................................190
ANHANG.....................................................................................................................201
A I EXPERIMENTELLE
DATEN.......................................................................................201
A2 DATEN SIMULATIONSMODELL
................................................................................
202
A3 DATEN T-TEST RMCK / KTP
................................................................................
203
A4 ERGEBNISSE KONVERGENZANALYSE DES 3D-WAERMELEITUNGS-MODELLS
............
207
A5 ERGEBNISSE TEMPERATURPROFIL IM SPALTBEREICH
.............................................
208
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