Steigerung des Schweißprozessverständnisses durch Simulation des Laserstrahl- und des MSG-Schweißens

In der Struktursimulation wird die thermische Wirkung des Schweißens im Bauteil durch eine äquivalente Wärmequelle abgebildet. Um Phänomene wie das Kornwachstum und die Gefügeumwandlung in der Struktursimulation erfassen zu können, ist neben der eingebrachten Wärmemenge auch deren Verteilung auf mesoskopischen, räumlichen Skalen anzugeben. Mit den bekannten Ansätzen für die äquivalente Wärmequelle ist der physikalische Prozess noch immer nicht ausreichend gut abgebildet und eine exakte Kalibrierung sehr aufwändig. Mit dem Ziel, genauere äquivalente Wärmequellen für die Berücksichtigung mesoskaliger Phänomenen aufzufinden, werden in dieser Arbeit das Laserstrahl- und Metall-Schutzgasschweißen (MSG) in ausgewählten Bereichen der Prozessparameter analysiert und Prozesseigenschaften diskutiert, die bei der Formulierung der Wärmequelle berücksichtigt werden sollten. Dazu zählen die Ausbildung der Schweißkapillare beim Laserstrahltiefschweißen, die wesentlich durch die Absorptionseigenschaften der metallischen Werkstoffoberfläche beeinflusst wird, wie auch die Verteilungen von Wärmestrom- und elektrischer Stromdichte an der Katode beim MSG-Schweißprozess, welche wesentlich durch die Verdampfung beeinflusst werden.