Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Steigerung der Prozessstabilität und Schweißnahtqualität beim Remote-Laserstrahlschweißen durch adaptierte Strömungsführung

 
: Hennings, Christian; Brodeßer, Alexander; Hustedt, Michael; Kaierle, Stefan; Borkmann, Madlen; Mahrle, Achim; Beyer, Eckhard

Schweißen und Schneiden 69 (2017), No.9, pp.632-638
ISSN: 0036-7184
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi
IGF; 18.149 BG/1; RemoStAad
Steigerung der Prozessstabilität und Schweißennahtqualität beim Remote-Laserschneiden durch gezielte Strömungsführung mittels Anlagenadaption
German
Journal Article
Fraunhofer IWS ()
laser beam welding; simulation; calculation

Abstract
Die Ergebnisse der im Beitrag beschriebenen Untersuchungen erweitern erheblich das Prozessverständnis im Zusammenhang mit den Fragestellungen und Aspekten, die bei Remote-Laserstrahlschweißanlagen und bei Laserstrahlschweißanlagen mit langer Fokussierbrennweite zu beachten sind. Zudem haben die angewandten Methoden praxisrelevante Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Schweißrauchen sowie den erreichbaren Nutzen einer bedarfsgerechten Strömungsführung im Hinblick auf Schweißnahtqualität und Einschweißtiefe erbracht. Die Einflussfaktoren, die für einen zuverlässigen Remote-Laserstrahlschweißprozesswesentlich sind, konnten mittels experimenteller Untersuchungen und numerischer Berechnungen hinreichend identifiziert werden. Eine Herausforderung stellt das Auffinden optimaler Parameterkonstellationen für eine gegebene Anlagenkonfiguration dar. Aufgrund der Komplexität der Wechselwirkungen ist eine empirische Auslegung in der Regel nicht praktikabel bzw. unzureichend, um eine effiziente Strömungsführung zu realisieren. Als nützliches Werkzeug hierfür können virtuelle Anlagenmodelle dienen, mit denen eine Simulation der Kabinenströmung ermöglicht wird. In Kombination mit Methoden der statistischen Versuchsplanung und -auswertung ist eine Signifikanzbewertung unterschiedlicher Stellgrößen möglich und es lassen sich funktionale Abhängigkeiten zwischen Stell- und Zielgrößen ermitteln, die einer Optimierung der Strömungsführung zugrunde gelegt werden können. Basierend auf den erzielten Ergebnissen konnte ein Konzept einer ressourcenschonenden Strömungsführung erarbeitet werden, welches verhältnismäßig einfach und günstig in vielen Remote-Laserstrahlschweißanlagen nachrüstbar ist. Das Konzept basiert auf einer räumlichen Abtrennung des Bereichsoberhalb des Werkstücks, welcher die Prozesszone sowie lokale Zuluft- und Ablufteinrichtungen beinhaltet, von dem oberen Bereich der Bearbeitungskabine, in welchem sich unter anderem die Strahlformungskomponenten, also der Laserbearbeitungskopf sowie die zugehörige Peripherie, befinden.

 

The results of the investigations described in the article considerably extend the process understanding in connection with the questions and aspects which must be taken into account in the case of remote laser beam welding installations and laser beam welding installations with long focal lengths. With respect to weld quality and weld penetration depth, the methods applied here have also yielded practice-relevant knowledge about the interactions between the laser radiation and the welding fumes as well as about the attainable benefits of controlling the air flow in an appropriate way. Experimental investigations and numerical calculations served to adequately identify the influencing factors which are essential for are liable remote laser beam welding process. One challenge is to find optimum parameter constellations for a given configuration of a welding installation. Because of the complexity of the interactions, empirical designing is generally impracticable or insufficient in order to achieve an efficient air flow control. Virtual welding installation models with which the cabin air flow can be simulated may serve as a useful tool for this purpose. In combination with methods of statistical design and evaluation of experiments, it is possible to make a significance assessment of different manipulated variables and to establish functional dependencies between manipulated and target variables on which the optimisation of the air flow control can be based. Using the obtained results, it was possible to elaborate a resource-conserving air flow control concept which can be applied to retrofit many remote laser beam welding installations in a relatively simple and favourable way. The concept is based on the spatial separation of the region above the workpiece which includes the process zone as well as local supply air and exhaust air equipment from the upper region of the processing cabin which accommodates, amongst other items, the beam shaping components, i.e. the laser processing head as well as the relevant peripheral equipment.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-467361.html