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Statistische Analyse der Schweißraupengeometrie von Ti6Al4V beim Laserbeschichten

Statistical analysis of weld bead geometry in Ti6Al4V laser cladding
 
: Marko, Angelina; Graf, Benjamin; Rethmeier, Michael

:

MP materials testing 59 (2017), Nr.10, S.837-843
ISSN: 0025-5300
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IPK ()
design of experiments; laser cladding; laser metal deposition; cladding parameter; additive manufacturing

Abstract
Die Bedeutung des Laser-Pulver-Auftragsschweiß-Prozesses hat in den letzten Jahren enorm zugenommen, da er vielfältig eingesetzt werden kann. Ein Beispiel hierfür ist die Reparatur von Turbinenschaufeln. Um eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit hierbei zu gewährleisten, ist eine Anpassung der Schweißraupengeometrie an die jeweilige Reparaturaufgabe notwendig. Die Schweißraupengeometrie beeinflusst die metallurgische Verbindung und den Grad der Aufmischung sowie eventuelle Anbindungsfehler. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Effekte der unterschiedlichen Parameter auf die Spurgeometrie zu kennen. Ein bewährtes Werkzeug hierfür ist die statistische Versuchsplanung (DoE). Hierbei kann der Nutzer jedoch zwischen einer Vielzahl von Versuchsplänen wählen. Es wird davon ausgegangen, dass bei größeren Versuchsräumen ein höherer Informationsgewinn erfolgt. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein vollfaktorieller Versuchsplan, der in fünf Stufen variiert wird, mit einem zentral zusammengesetzten Versuchsplan (CCD) verglichen. Außerdem werden Grenzen des Prozesses aufgezeigt und der Versuchsraum entsprechend durch Eingrenzungen angepasst. Die Ergbnisse zeigen, dass sowohl der vollfaktorielle Versuchsplan als auch der zentral zusammengesetzte Versuchsplan die wichtigsten Effekte aufzeigt. Lediglich die Effektstärke kann durch den CCD-Versuchsplan nicht eindeutig bestimmt werden. Für den industriellen Einsatz wird daher unter Berücksichtigung der Kosteneffizienz der Einsatz eines CCD-Versuchsplanes empfohlen.

 

The process of laser cladding has become more important during recent years because of its broad application for cladding, repair or additive manufacturing. In the field of mechanical engineering, one use is the repair of turbine blades. For high quality and reliability of the repaired components, it is necessary to adjust the weld bead geometry to the specific repair task. The bead geometry influences the metallurgical bonding and the degree of dilution as well as the formation of defects like pores or cracks. Therefore, it is important to know the effects of the different parameters on the welding bead. A valuable tool to meet this industrial challenge is the design of experiments (DoE). In this context, the user can choose between a huge number of test plans. Greater profit of information is expected by a larger test range. In order to confirm the acceptance, a five-step full factorial test plan is compared to a central composite design in this paper. Moreover, the limits of the experimental range are indicated and restrictions can be derived. As the results show, the essential effects are detected with a full factorial test plan as well as with a central composite design. Merely the effect strength could not always be specified unambiguously. On this account and in consideration of cost efficiency, the use of central compound design is recommended in industrial applications.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-490512.html