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PatentSchweißeinrichtung zum Fügen eines verdeckten Stoßes( 2024-08-22)Diese Offenbarung beschreibt eine Schweißeinrichtung (100) zum Fügen eines verdeckten Stoßes an einem Werkstück (101). Die Schweißeinrichtung umfasst hierfür eine Positionierungsfläche (106) zum Positionieren des Werkstücks (101). Weiterhin umfasst die Schweißeinrichtung ein Schweißwerkzeug (108), das ausgebildet ist, zum Fügen mittels eines Werkzeugkopfes (109) eine Oberfläche des Werkstücks (101), die den verdeckten Stoß umfasst, zu erhitzen, wobei der Werkzeugkopf (109) relativ zur Positionierungsfläche (106) verfahrbar angeordnet ist. Ferner umfasst die Schweißeinrichtung eine Sensoranordnung (112), die ausgebildet ist, eine Ausprägung eines durch das Schweißwerkzeug in einer Wechselwirkungszone (110) zwischen Werkzeugkopf (109) und Werkstück (101) erzeugbaren Plasmas durch Ermitteln einer elektrischen Eigenschaft des Plasmas zu bestimmen und ein Plasmainformationssignal (119) in Abhängigkeit von der ermittelten Ausprägung des Plasmas bereitzustellen. Zudem umfasst die Schweißeinrichtung eine Steuereinheit (120) zum Verfahren des Werkzeugkopfes (109), die das Plasmainformationssignal (119) empfängt und ausgebildet ist, den Werkzeugkopf (109) in Abhängigkeit des Plasmainformationssignals (119) entlang des verdeckten Stoßes zu verfahren.
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PublicationDetektion von Bindefehlern beim DED-Arc( 2024-08)In dem Beitrag wird aufbauend auf Machine-Learning-Modellen, welche bereits zum Überwachen des Schutzgasschweißen erforscht wurden, ein tiefes neuronales Netz (DNN) zum Monitoring beim DED-Arc von Aluminium vorgestellt. Ziel ist die Detektion von Bindefehlern in den aufgebauten Volumina auf Grundlage von in Echtzeit gemessenen Schweißstromquellensignalen. Es werden Merkmalsvariablen durch Vorverarbeitung extrahiert sowie die Korrelation zwischen den Merkmalsvariablen und den Defekten analysiert. Durch den vorgestellten Algorithmus werden diese automatisiert als Input an ein DNN übergeben. Das entwickelte und trainierte neuronale Netz erkennt anhand signifikanter Merkmale aus den Strom- und Spannungsdaten Bindefehler mit einer Genauigkeit von ca. 90 Prozent.
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PublicationApplication of AI-based welding process monitoring for quality control in pipe production( 2024-07-29)The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing.
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PublicationVerschleißschutz einer Schneckengeometrie durch funktional gradierte Materialien( 2024-06)
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PublicationAI-based welding process monitoring for quality control in large-diameter pipe manufacturing( 2024-04-25)The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. In the spectrogram of the acoustic signal, which represents the time course of the frequency spectrum of the welding process, the formation of weld irregularities such as undercuts could be reliably identified. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing.
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PublicationNumerical and experimental assessment of liquid metal embrittlement in externally loaded spot welds( 2024-01-30)Zinc-based surface coatings are widely applied with high-strength steels in automotive industry. Some of these base materials show an increased brittle cracking risk during loading. It is necessary to examine electrogalvanized and uncoated samples of a high strength steel susceptible to liquid metal embrittlement during spot welding with applied external load. Therefore, a newly developed tensile test method with a simultaneously applied spot weld is conducted. A fully coupled 3D electrical, thermal, metallurgical and mechanical finite element model depicting the resistant spot welding process combined with the tensile test conducted is mandatory to correct geometric influences of the sample geometry and provides insights into the sample’s time dependent local loading. With increasing external loads, the morphology of the brittle cracks formed is affected more than the crack depth. The validated finite element model applies newly developed damage indicators to predict and explain the liquid metal embrittlement cracking onset and development as well as even ductile failure.
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PublicationKI zur Prozessüberwachung im Unterpulverschweißen( 2024-01-15)Beim Unterpulverschweißen sind die Prozessgeräusche ein Indikator für eine gute Fügequalität. Diese Beurteilung kann i.d.R. nur von einer erfahrenen Fachkraft durchgeführt werden. Eine kürzlich entwickelte künstliche Intelligenz kann automatisch das akustische Prozesssignal anhand vortrainierter Merkmale klassifizieren und die Fügequalität anhand des Geräuschs beurteilen. Der Algorithmus, einmal richtig trainiert, kann den Prüfaufwand beim Unterpulverschweißen deutlich reduzieren.
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PublicationExpulsion prevention in resistance spot welding of dissimilar joints with ultra-high strength steel: An analysis of the mechanism and effect of preheating current( 2024)The widespread adoption of ultra-high strength steels, due to their high bulk resistivity, intensifies expulsion issues in resistance spot welding (RSW), deteriorating both the spot weld and surface quality. This study presents a novel approach to prevent expulsion by employing a preheating current. Through characteristic analysis of joint formation under critical welding current, the importance of plastic material encapsulation around the weld nugget (plastic shell) at high temperatures in preventing expulsion is highlighted. To evaluate the effect of preheating on the plastic shell and understand its mechanism in expulsion prevention, a two-dimensional welding simulation model for dissimilar ultra-high strength steel joints was established. The results showed that optimal preheating enhances the thickness of the plastic shell, improving its ability to encapsulate the weld nugget during the primary welding phase, thereby diminishing expulsion risks. Experimental validation confirmed that by employing the optimal preheating current, the maximum nugget diameter was enhanced to 9.42 mm, marking an increase of 13.4 % and extending the weldable current range by 27.5 %. Under quasi-static cross-tensile loading, joints with preheating demonstrated a 7.9 % enhancement in maximum load-bearing capacity compared to joints without preheating, showing a reproducible and complete pull-out failure mode within the heat-affected zone. This study offers a prevention method based on underlying mechanisms, providing a new perspective for future research on welding parameter optimization with the aim of expulsion prevention.
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PublicationA fundamental study of physical mechanisms of wineglass-shaped fusion zone profile in laser melting( 2024)The fusion zone geometry in laser melting processes e.g., laser welding and laser-based additive manufacturing, of metallic materials has commonly a wineglass-shaped profile which is critical to the grain orientation and stress distribution. Hereby, we adopt for the first time a decoupling work through a combination of multi-physics modelling and experiments to reveal the fundamental mechanisms of this special morphology. Two physics-based easy-to-use metal vapour models are proposed to consider the vapour's momentum and thermal effects separately. It is found that the direct laser energy absorption and Marangoni shear stress which are widely hypothesised to dominate the wineglass-shape formation show only a minor influence. The additional heating from the metallic vapour plume rather than its momentum impact contributes predominantly to the enlarging of the molten pool top region, resulting directly in the formation of the wineglass-shaped fusion zone. The generality of the plume heating effect is also validated in two types of materials (steel and Al) in a wide range of parameters.
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PublicationKombination des Laserhybridschweißens und UP-Engspaltschweißens für dickwandige Bauteile zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit( 2024)Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und robusten Verfahrens zum Schweißen dicker Stahlbleche. Es werden Ergebnisse für das Fügen von Blechen im Dickenbereich von 25 mm bis 80 mm vorgestellt. Die 30 mm dicken Schweißnähte konnten im Stumpfstoß in zwei Durchgängen unter Verwendung des Laserhybridschweißens und des Unterpulverschweißens (UP) geschweißt werden. Das Laserhybridschweißen wird als Einschweißung mit einer Tiefe von ca. 25 mm ausgeführt. Die UP-Lagen werden auf der gegenüberliegenden Seite des Blechs aufgebracht. Bei richtiger Wahl der Schweißparameter wird der Nahtquerschnitt durch eine sichere Überlappung beider Lagen geschlossen. Bei Blechdicken über 30 mm ist eine Kantenvorbereitung erforderlich, die eine Ausführung der UP-Fülllagen in Engspalttechnik ermöglicht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Prozesskombination liegen darin, dass die Nahtwurzel der Laserhybridnaht nicht geformt werden muss. Defekte in der Wurzel der Laserhybrideinschweißung können durch die UP-Lagen effektiv beseitigt werden. Das Verfahren bietet eine hohe Stabilität des Schweißprozes-ses in Bezug auf die Qualität der Blechkanten. Plasmageschnittene Kanten konnten ohne Bindefehler geschweißt werden. Die erreichte Nahtqualität wurde durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen bestätigt.
