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58,80 €ISBN 978-3-8440-9296-7Paperback188 Seiten81 Abbildungen254 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
November 2023
Thorsten Twiehaus
Optimierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum zu einem hochqualitativen Schweißverfahren für nichtrostende Stähle und Refraktärmetalle
Das Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) bietet im Vergleich zum Laserstrahlschweißen an Atmosphäre Vorteile im Hinblick auf die erreichbare Einschweißtiefe. Allerdings ist aufgrund von ungewünschten Oberflächenbelegungen häufig eine Nacharbeit der Bauteile erforderlich.
Im Rahmen von Versuchen wurde gezeigt, dass die Oberflächenbelegungen aus einer Wechselwirkung zwischen freigesetzten Prozessemissionen und der Restatmosphäre innerhalb der Vakuumkammer entstehen. Weiterhin wurde ein Strömungverhalten innerhalb der Vakuumkammer festgestellt. Durch eine Betrachtung von Einflussfaktoren und Stellgrößen sollen darauf aufbauend Möglichkeiten evaluiert werden, um die resultierenden Oberflächenbelegungen zu reduzieren und in dem Zuge das Prozessverständnis für das LaVa-Schweißen zu erweitern.
Der analytische Ansatz über eine Strömungsmodellierung der Prozessströmungen beim LaVa-Schweißen bestätigt die Ausbildung ausgeprägter Strömungen innerhalb der Arbeitskammer. So konnte durch eine Optimierung der Strömungsführung in Form einer Zuführung eines inerten Schutzgasstromes sowie einer gezielten Strömungsführung innerhalb der Arbeitskammer für den nichtrostenden Stahl 1.4301 eine Reduzierung der resultierenden Oberflächenbelegung gezeigt werden. Zusätzlich hat der vorhandene Restsauerstoff-Anteil innerhalb der Vakuumkammer einen deutlichen Einfluss auf das Prozessergebnis. Ein geringerer Restsauerstoff-Anteil führt zu einer Reduzierung der resultierenden Oberflächenbelegungen, allerdings auch zu einer Reduzierung der Einschweißtiefe.
Die Erkenntnisse konnten erfolgreich auf die Refraktärmetalle Titan und Niob übertragen werden.
Im Rahmen von Versuchen wurde gezeigt, dass die Oberflächenbelegungen aus einer Wechselwirkung zwischen freigesetzten Prozessemissionen und der Restatmosphäre innerhalb der Vakuumkammer entstehen. Weiterhin wurde ein Strömungverhalten innerhalb der Vakuumkammer festgestellt. Durch eine Betrachtung von Einflussfaktoren und Stellgrößen sollen darauf aufbauend Möglichkeiten evaluiert werden, um die resultierenden Oberflächenbelegungen zu reduzieren und in dem Zuge das Prozessverständnis für das LaVa-Schweißen zu erweitern.
Der analytische Ansatz über eine Strömungsmodellierung der Prozessströmungen beim LaVa-Schweißen bestätigt die Ausbildung ausgeprägter Strömungen innerhalb der Arbeitskammer. So konnte durch eine Optimierung der Strömungsführung in Form einer Zuführung eines inerten Schutzgasstromes sowie einer gezielten Strömungsführung innerhalb der Arbeitskammer für den nichtrostenden Stahl 1.4301 eine Reduzierung der resultierenden Oberflächenbelegung gezeigt werden. Zusätzlich hat der vorhandene Restsauerstoff-Anteil innerhalb der Vakuumkammer einen deutlichen Einfluss auf das Prozessergebnis. Ein geringerer Restsauerstoff-Anteil führt zu einer Reduzierung der resultierenden Oberflächenbelegungen, allerdings auch zu einer Reduzierung der Einschweißtiefe.
Die Erkenntnisse konnten erfolgreich auf die Refraktärmetalle Titan und Niob übertragen werden.
Schlagwörter: Laserstrahlschweißen im Vakuum; nichtrostender Stahl; Refraktärmetalle; Oberflächenbelegung; Einfluss von Sauerstoff; Prozessströmungen
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