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Erstellt: Wed, 27 Mar 2024 23:07:55 +0100 in 2.4033 sec


Walther, Dominik; Junger, Christina; Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Notni, Gunther; Bergmann, Jean Pierre; Mäder, Patrick
Recurrent autoencoder for weld discontinuity prediction. - In: Journal of advanced joining processes, ISSN 2666-3309, Bd. 9 (2024), 100203, S. 1-12

Laser beam butt welding is often the technique of choice for a wide range of industrial tasks. To achieve high quality welds, manufacturers often rely on heavy and expensive clamping systems to limit the sheet movement during the welding process, which can affect quality. Jiggless welding offers a cost-effective and highly flexible alternative to common clamping systems. In laser butt welding, the process-induced joint gap has to be monitored in order to counteract the effect by means of an active position control of the sheet metal. Various studies have shown that sheet metal displacement can be detected using inductive probes, allowing the prediction of weld quality by ML-based data analysis. The probes are dependent on the sheet metal geometry and are limited in their applicability to complex geometric structures. Camera systems such as long-wave infrared (LWIR) cameras can instead be mounted directly behind the laser to overcome a geometry dependent limitation of the jiggles system. In this study we will propose a deep learning approach that utilizes LWIR camera recordings to predict the remaining welding process to enable an early detection of weld interruptions. Our approach reaches 93.33% accuracy for time-wise prediction of the point of failure during the weld.



https://doi.org/10.1016/j.jajp.2024.100203
Girkes, Florian; Günther, M.; Rüger, Carolin; Bergmann, Jean Pierre; Töpfer-Kerst, Christian B.
An integrated approach to developing modular product families in the engineer-to-order sector. - In: Production at the leading edge of technology, (2024), S. 737-746

Nowadays, companies face challenges such as globalization, individualization and shorter product lifecycles, resulting in a constant stream of new product development processes (PDP). Modularized product families represent a powerful concept for reducing complexity and increasing resource efficiency in the PDP and beyond. Despite existing approaches and methods in the development of modular product families, there are deficits in the state of the art regarding their transfer and application to the engineer-to-order (ETO) sector, as well as for neutral indicator-based evaluation. Therefore, this paper derives a generic modularization procedure for the ETO sector and verifies it in an industrial use case. For this purpose, a heuristic swapping algorithm has been developed for grouping the components of a product family into clusters and enabling an objective mathematical evaluation. By integrating modular product structures into organizational processes, ETO manufacturers can strengthen their competitive position as well as increase their resource efficiency.



https://doi.org/10.1007/978-3-031-47394-4_72
Labus Zlatanovic, Danka; Bergmann, Jean Pierre; Baloš, Sebastian; Janjatoviâc, Petar; Rajnoviâc, Dragan; Šidjanin, Leposava
Influence of strain rate on metallurgical and mechanical properties of friction stir spot welded aluminium joints. - In: Advanced technologies and materials, ISSN 2620-147X, Bd. 48 (2023), 2, S. 37-43

Nowadays, the substitution of copper with aluminium is widely pursued in order to save weight and material costs, for battery components and wire connectors. Additionally, cost reductions can be further enhanced with effective reduction of energy consumption through efficient manufacturing. Therefore, friction stir spot welding as a solid-state welding technique is a potential choice with low energy demands and high joining performances. However, the joining of aluminium and its alloys with solid-state welding techniques is still a challenging task due to a persistent and chemically stable aluminium oxide layer formed at the sheets prior to the welding, due to the reaction between aluminium and atmospheric oxygen. In this paper, the influence of strain rate induced during friction stir spot welding process on the metallurgical, mechanical and electrical properties of friction stir spot welding of AA 5754-H111 was studied. The strain rate was calculated according to the rotational speed of the tool and the effective (average) radius and depth of the stir zone. It was observed that the specimens welded with a lower strain rate endured a 15 % higher average strain failure load compared to the specimens welded at a higher share rate. The microhardness profiles of the specimens obtained at low strain rates imply strain hardening mechanisms in the weld zone, while the microhardness of specimens welded at high strain rates expressed thermal softening. It was also found that the friction welded sheets, regardless of the strain rate, show increased electrical resistance compared to the base material, however, it decreases with an increase in strain rate. Microstructural analysis reveals a stress-induced metallurgical transformation in the narrow zone around the weld-faying interface.



https://doi.org/10.24867/ATM-2023-2-001
Matos Scotti, Fernando; Pudenz, Maximilian; Perrin, Sarah; Siewert, Erwan; Bergmann, Jean Pierre
Heat input control in horizontal lap joint welding through active wire preheating in GMAW-P. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 0 (2023), insges. 12 S.

In gas metal arc welding (GMAW) the arc power, in general, increases when the wire feed speed is increased. Thus, controlling heat input into the workpiece becomes a challenge, especially when trying to increase productivity. Metal transfer modes such as pulsed and controlled short circuit have been successfully applied to allow smooth metal transfer with relatively low energy. The effect of increasing the electrified length of the electrode or decreasing wire diameter in reducing current has been known for years. However, to some extent, this effect is limited to the physical conditions when using a large distance from contact tip to workpiece. To further increase melting efficiency and reduce arc power the torch presented in this paper includes a second electric circuit into GMAW to preheat the wire by ohmic heating before it reaches the main circuit. In this context, the objective of this work was to verify the effects of active wire preheating in GMAW in lap joint case in terms of electric signal behavior, thermal behavior in the plate, and weld bead formation. By increasing the preheating current, significant reduction in arc power was achieved. This reflects on the resulting weld by avoiding molten pool sagging, reducing fused area, silicate formation, and backside oxidation. The reduction in heat input resulted finally in a smaller heat affected zone which had a finer microstructure. In conclusion, the use of active wire preheating in GMAW expands the potential for increasing productivity and controlling heat input into the workpiece.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01654-9
Chen, Ting; Fu, Banglong; Shen, Junjun; Suhuddin, Uceu F. H. R.; Wiese, Björn; Huang, Yuanding; Wang, Min; Santos, Jorge F. dos; Bergmann, Jean Pierre; Klusemann, Benjamin
Application of novel constrained friction processing method to produce fine grained biomedical Mg-Zn-Ca alloy. - In: Journal of magnesium and alloys, ISSN 2213-9567, Bd. 0 (2023), 0, S. 1-14

In order to obtain Mg alloys with fine microstructures and high mechanical performances, a novel friction-based processing method, name as “constrained friction processing (CFP)”, was investigated. Via CFP, defect-free Mg-Zn-Ca rods with greatly refined grains and high mechanical properties were produced. Compared to the previous as-cast microstructure, the grain size was reduced from more than 1 mm to around 4 µm within 3 s by a single process cycle. The compressive yield strength was increased by 350% while the ultimate compressive strength by 53%. According to the established material flow behaviors by “tracer material”, the plastic material was transported by shear deformation. From the base material to the rod, the material experienced three stages, i.e. deformation by the tool, upward flow with additional tilt, followed by upward transportation. The microstructural evolution was revealed by “stop-action” technique. The microstructural development at regions adjacent to the rod is mainly controlled by twinning, dynamic recrystallization (DRX) as well as particle stimulated nucleation, while that within the rod is related to DRX combined with grain growth.



https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.10.007
Girkes, Florian; Reimche, Maxim; Bergmann, Jean Pierre; Töpfer-Kerst, Christian B.; Berghof, Steffen
Aggregated production planning for engineer-to-order products using reference curves. - In: Production at the leading edge of technology, (2023), S. 642-651

The production of highly individualized engineer-to-order products has special characteristics that lead to a significant increase in the complexity of production planning and control. Therefore, aggregate resource planning is a dynamic and complex process that must always deliver reliable results. But without appropriate tools, these predictions can only be achieved with significant manual effort. Therefore, this paper presents a holistic method that predicts and schedules the required manufacturing resources for new customer orders based on a type representative by means of product modularization and data preparation of approximately identical historical manufacturing orders. This allows the actual processing status of the current customer project to be derived from the preplanning by means of a concurrent calculation in order to be able to initiate countermeasures at an early stage in the event of project delays and also to reduce the lead time of the customer order by preallocating the required production resources.



https://doi.org/10.1007/978-3-031-18318-8_64
Glaser, Marcus; Matthes, Sebastian; Riegler, Sascha Sebastian; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Schaaf, Peter; Gallino, Isabella
Characterization of plastic-metal hybrid composites joined by means of reactive Al/Ni multilayers - evaluation of occurring thermal regime. - In: Engineering for a changing world, (2023), 4.3.056, S. 1-16

Present challenges in material science and joining technology are ever more subject to the desire for lightweight construction and engineering. Plastic-metal composites are suitable material combinations but also require the development and investigation of appropriate joining technologies. A particularly promising approach is the application of reactive multilayer foils. As an innovative method, these foils provide the possibility of flexible and low-distortion joining of dissimilar materials. The underlying reaction mechanism offers fast exothermic reaction propagation with well-known exothermic power output while the energy source is introduced directly into the joining zone. In this work, hybrid lap joints between semi-crystalline polyamide 6 and structured austenitic stainless steel X5CrNi18-10 were joined using reactive Al/Ni multilayer foils. The self-propagating reaction provides immediate temperatures that are well above the melting point of used plastic but decays rapidly after only a few milliseconds. To support ongoing investigations regarding composite formation, analysis of occurring thermal regime is in the focus of this work. Conducted experiments are supported by accompanying thermal simulation in ANSYS Workbench. Besides the estimation regarding sensitivity of thermal material parameters the evaluation of formed melting zone and resulting thermally influenced area is a central topic.



https://doi.org/10.22032/dbt.58913
Sennewald, Martin; Hasieber, Michael; Szallies, Konstantin; Bergmann, Jean Pierre
Influence of microstructure and microgeometry of the probe on friction stir welding of AA 6060 T66. - In: Engineering for a changing world, (2023), 2.1.114, S. 1-2

https://doi.org/10.22032/dbt.58854
Rohe, Maximilian; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Investigation of a quantified sound probe for stud weld quality measurement with numerical simulation data. - In: Engineering for a changing world, (2023), 2.1.065, S. 1-8

Drawn arc stud welding with ceramic ferrules is a widely used joining process for joining sheet metal to studs, which can be threaded or sheared. During the welding process, various irregularities can occur which adversely affect the resulting mechanical properties. Arc blowing is one of the most common process defects. Arc blowing can result in an asymmetric weld bead which can increase the failure rate of the stud. An approach to stud testing is given in DIN ISO EN 14555. A sound probe carried out by an experienced welder provides qualitative information about the weld bead. The sound probe causes the stud to vibrate at its natural frequencies. If the eigenfrequencies can be calculated for each weld bead shape, the sound probe can be quantified. To this end, a new simulation approach is presented which allows the rapid calculation of the eigenfrequencies of the stud with different weld bead shapes. A data set is also generated and analyzed.



https://doi.org/10.22032/dbt.58853
Reimann, Jan; Rohe, Maximilian; Rauch, Alexander; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Directed energy deposition-arc (DED-Arc) and numerical welding simulation as a method to determine the homogeneity. - In: Engineering for a changing world, (2023), 2.1.036, S. 1-17

This research presents a hybrid approach to for the prediction of the homogeneity of mechanical properties in 3D metal parts manufactured using directed energy deposition-arc (DED-Arc). DED-Arc is an additive manufacturing process which can offer a cost-effective way to manufacture 3D metal parts, due to high deposition rate of up to 8 kg/h. Regression equations developed in a previous study were used to predict the mechanical properties of a wall structure using only the cooling time t8/5 calculated in a numerical welding simulation. The new approach in this research paper contains the prediction of the homogeneity of the mechanical properties, especially hardness, in 3D metal parts, which can vary due to localized changes in t8/5 cooling time provoked by specific geometrical features or general changes in dimensions. In this study a method for the calculation of the hardness distribution on additively manufactured parts was developed and shown.



https://doi.org/10.22032/dbt.58852
Chauhan, Jaydeep; Gourishetti, Saichand; Rohe, Maximilian; Sennewald, Martin; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Empirical study on DED-Arc welding quality inspection using airborne sound analysis. - In: Engineering for a changing world, (2023), 1.3.055, S. 1-12

This study explores the potential of audible range airborne sound emissions from Gas Metal Arc Welding (GMAW) to create an automated classification system using neural networks (NN) for weld seam quality inspection. Irregularities in GMAW process (oil presence, insufficient shielding gas) may lead to porosity imperfections in weld seams. Using Directed Energy Deposition-Arc additive manufacturing, aluminum (Al) and steel wall structures were produced with varying shielding gas flows or applying oil. Acoustic emissions (AE) generated during the welding process were captured using audible to ultrasonic range microphones. Mel spectrograms were computed from the AE data to serve as input to NN during training. The proposed model achieved notable accuracies in classifying both Al weld seams (83% binary, 68% multi-class) and steel welds (82% binary, 58% multi-class). These results demonstrate that employing audible range AE and NN in GMAW monitoring offers a viable method for low-latency monitoring and valuable insights into improving welding quality.



https://doi.org/10.22032/dbt.58732
Szallies, Konstantin; Riebel, Christian; Piper, Oliver; Bergmann, Jean Pierre
Einseitiges Widerstandsschweißen von Kunststoff und Metall - mechanische Eigenschaften und Oberflächenwechselwirkung. - In: DVS Congress 2023, (2023), S. 788-796
Kurzfassung S. 40

Rohe, Maximilian; Sennewald, Martin; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Akustische Kontrolle von Rührreibschweißnähten im Rahmen der Qualitätssicherung. - In: DVS Congress 2023, (2023), S. 641-649
Kurzfassung S. 33

Gierth, Maximilian; Eichler, Stefan; Hildebrand, Jörg; Manzke, Sebastian; Ungethüm, Tim; Bergmann, Jean Pierre; Füssel, Uwe; Schmale, Hans Christian
Direct Energy Deposition-Arc - Einsatz von Kühlgasdüsen zur in-situ-Bauteilkühlung. - In: DVS Congress 2023, (2023), S. 545-554
Kurzfassung S. 28

Seibold, Marc; Strelnikov, Dmytro; Bergmann, Jean Pierre; Herzog, Roland
Simulationsbasierte Optimierung der zeitabhängigen Pulsleistung beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen zur Vermeidung von Heißrissen. - In: DVS Congress 2023, (2023), S. 471-479
Kurzfassung S. 23

Brätz, Oliver; Arnim, Mareike; Eichler, Stefan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Gericke, Andreas; Henkel, Knuth-Michael; Kuhlmann, Ulrike
Schweißbarkeit und Tragfähigkeit von MAG-geschweißten Stumpfnähten als Mischverbindung von Baustählen mit unterschiedlicher Festigkeit. - In: DVS Congress 2023, (2023), S. 289-299
Kurzfassung S. 14

Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Diegel, Christian; Sachs, Florian; Bergmann, Jean Pierre; Knauer, Andrea; Romanus, Henry; Requardt, Herwig; Chen, Yunhui; Rack, Alexander
Effect of partial and global shielding on surface-driven phenomena in keyhole mode laser beam welding. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 0 (2023), 0, insges. 1-22 S.

Partial shielding by means of local gas supply has proven to be very effective in reducing spatter. Besides the effect of gas-induced dynamic pressure, the shielding of oxygen is also highly relevant for melt pool dynamics and spatter formation due to the growth of oxides and the influence on surface tension. Therefore, this paper addresses the effect of local supplied argon on oxide growth and seam topography during keyhole mode laser beam welding of high-alloy steel AISI 304. To determine the shielding quality, the results are compared to laser beam welding in a global argon atmosphere. The topography of the upper weld seams was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). An X-ray microanalysis (EDX) in line scan modus was performed to determine and to locate the elements which are covering the specimen surface. The chemical state of the found elements was quantified by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In a last step, high-speed synchrotron X-ray imaging was performed to separate the effect of the gas-induced pressure and the gas-induced shielding on keyhole geometry. The results show that a local supply of argon contributes to a significant difference in oxide growth, affecting melt pool convection and weld seam geometry. It was further shown that the effect of gas flows at low flow rates is primarily because of oxygen shielding, as no significant difference in keyhole geometry was found by high-speed synchrotron X-ray imaging.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01627-y
Nagel, Falk;
Einfluss zusätzlich induzierter Temperaturfelder beim Laserstrahlschweißen dünner Bleche. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XIII, 168 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 17)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Während des Laserstrahlschweißens entstehen thermisch induzierte Dehnungen und Spannungen, die zu Verschiebungen der Fügepartner im Prozess führen. Diese Verschiebungen werden durch den Einsatz von Spannsystemen in der Produktion unterbunden. Jedoch sind diese Systeme zumeist nur für eine einzelne Schweißaufgabe ausgelegt. Aufgrund der zumeist massiven Bauweise der Systeme und des anwendungsspezifischen Einsatzes dieser ergeben sich hohe Kosten. Somit ist man bestrebt, die Spannsysteme einfacher zu gestalten und damit Bewegungsfreiheiten der Fügepartner im Prozess zu akzeptieren. Um nun die auftretende Querverschiebung zu minimieren, können zusätzliche Wärmequellen oder Wärmesenken genutzt werden, um Einfluss auf das Temperaturfeld und damit auf das Dehnungsfeld zu nehmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher zunächst der Einfluss variierender Schweißparameter (Schweißgeschwindigkeit, voreingestellter Spalt) bei einer einseitig gespannten Fügekonfiguration am I-Stumpfstoß untersucht. Dazu erfolgten Untersuchungen vordergründig am hochlegierten Stahl 1.4301. Unter Verwendung eines Diodenlasers wurde der Einfluss einer zusätzlichen Wärmequelle auf die Verschiebung im Prozess und das gesamte Verzugsverhalten charakterisiert und bewertet. Der Abstand der beiden Wärmequellen zueinander, die Laserleistung und die Spotabbildung wurden dazu variiert. Die Untersuchungen wurden zunächst an einer Blechdicke von 1 mm durchgeführt und sie wurden im Anschluss an die Blechdicken 0,5 mm und 2 mm übertragen. Es ist festzuhalten, dass durch den Einsatz der zweiten Wärmequelle die Verschiebung minimiert und damit längere Schweißnahtlängen erzielt wurden. Jedoch trat ein höherer Beulverzug auf, der auf die vermehrten Längsspannungen im Bauteil zurückzuführen ist. Die Wirkungsweise der zweiten Wärmequelle wurde unter Anwendung der FE-Methoden und einer analytischen Beschreibung näher beleuchtet. Unter Anwendung einer CO2-Düse wurde die Wärmesenke abgebildet, um das sich ausbildende Temperaturfeld zu verkleinern. Ebenfalls wurde der Einfluss der Senke auf die Querverschiebung im Prozess und auf den globalen Verzug nach dem Schweißprozess charakterisiert und bewertet. Für die drei zuvor genannten Blechdicken zeigt sich dabei, dass die Verschiebung im Prozess minimiert und damit eine vollständige Durchschweißung erzielt wurde. Auch nimmt der Gesamtverzug der Bauteile ab. Darüber hinaus fanden vergleichende Untersuchungen an der Aluminiumlegierung EN AW 5754 statt. Es wurde festgestellt, dass die hier im Vergleich zum Stahl höhere Verschiebungen auftraten. Durch den Einsatz der Wärmequelle wurde keine Reduzierung der Verschiebung erzielt. Jedoch wurde unter Anwendung der Wärmesenke eine Minimierung der Verschiebung erreicht und damit längere Schweißnahtlängen realisiert.



https://doi.org/10.22032/dbt.57468
Drebenstedt, Christian; Jugelt, Stefan; Schricker, Klaus; Rock, Michael
Transient arc characteristic of a commutation switch utilizing high velocity contact separation. - In: Plasma physics and technology, ISSN 2336-2634, Bd. 10 (2023), 2, S. 81-84

Commutation circuits are commonly used for low on state resistance and high current interruption capability if this can not be achieved by a single device or single current switching path. In case of fault detection, a very fast commutation of the current from the low-impedance main current path into the parallel high-current interrupting path is necessary. For single usage applications a low-cost approach is the utilization of a pyrotechnical switch in the low-impedance path. Compared to other electromechanical switches, those switches provide very high velocity of contact separation and thus a fast arc voltage rise with short commutation times. Here, measurements of the contact movement of a pyrotechnical switch were carried out using optical high speed imaging and an arc elongation up to 100ms−1 was calculated. From this, transient arc characteristics were measured in a simplified commutation network during the period until current zero in the low-impedance main current path.



https://doi.org/10.14311/ppt.2023.2.81
Gourishetti, Saichand; Schmidt, Leander; Römer, Florian; Schricker, Klaus; Kodera, Sayako; Böttger, David; Krüger, Tanja; Kátai, András; Bös, Joachim; Straß, Benjamin; Wolter, Bernd; Bergmann, Jean Pierre
Monitoring of joint gap formation in laser beam butt welding using neural network-based acoustic emission analysis. - In: Crystals, ISSN 2073-4352, Bd. 13 (2023), 10, 1451, S. 1-14

This study aimed to explore the feasibility of using airborne acoustic emission in laser beam butt welding for the development of an automated classification system based on neural networks. The focus was on monitoring the formation of joint gaps during the welding process. To simulate various sizes of butt joint gaps, controlled welding experiments were conducted, and the emitted acoustic signals were captured using audible-to-ultrasonic microphones. To implement an automated monitoring system, a method based on short-time Fourier transformation was developed to extract audio features, and a convolutional neural network architecture with data augmentation was utilized. The results demonstrated that this non-destructive and non-invasive approach was highly effective in detecting joint gap formations, achieving an accuracy of 98%. Furthermore, the system exhibited promising potential for the low-latency monitoring of the welding process. The classification accuracy for various gap sizes reached up to 90%, providing valuable insights for characterizing and categorizing joint gaps accurately. Additionally, increasing the quantity of training data with quality annotations could potentially improve the classifier model’s performance further. This suggests that there is room for future enhancements in the study.



https://doi.org/10.3390/cryst13101451
Balos, Sebastian; Labus Zlatanovic, Danka; Kulundzic, Nenad; Janjatovic, Petar; Dramicanin, Miroslav; Lanc, Zorana; Hadzistevic, Miodrag; Radisic, Slobodan; Rajnovic, Dragan; Pecanac, Milan
Influence of tool-base metal interference on the performance of an aluminium-magnesium alloy joined via bobbin tool friction stir welding. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 13 (2023), 7, 1215, S. 1-16

Bobbin tool friction stir welding (BTFSW) is a variant of the FSW process which uses the special two-shoulder tool that forms the top and bottom of a weld surface. As such, a significant simplification of the welding setup is achieved. One of the dominant parameters of the BTFSW process is the interference between the tool shoulder pinch gap and the weld metal thickness. In this research, the influence of interference of the square pin tool with convex shoulders on process temperature, microstructure, tensile, impact, and bend performance were studied, and appropriate correlations were devised. The base metal was an aluminum-magnesium alloy in which the interference varied in the range of 0.1 to 0.5 mm. Wormhole defects and irregularities were found in all specimens except in the specimen welded with 0.4 mm interference. An optimal interference of 0.4 mm resulted in the best mechanical properties, which, in terms of tensile strength and reduction of area, were similar to the base metal. Furthermore, the impact strength was significantly higher, which was attributed to the grain refinement effect in the nugget zone.



https://doi.org/10.3390/met13071215
Brätz, Oliver; Arnim, Mareike; Eichler, Stefan; Gericke, Andreas; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Kuhlmann, Ulrike; Henkel, Knuth-Michael
Mechanical properties of MAG butt welded dissimilar structural steel joints with varying strength from grade S355 up to S960. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 12, S. 2791-2802

Mixed connections made of normal-strength and high-strength structural steels allow for optimized material usage and production effort in applications where, as a result of different mechanical effects on materials of the same type, it would otherwise be necessary to adjust the plate thickness. Reduced material consumption and smaller weld geometries can thus generate ecological and economic advantages. When welding high-strength structural steels, however, significant softening can occur in the heat-affected zone, which can influence the load-carrying behavior of the overall joint. Since there are currently no appropriate standards for butt welds made of steels with different strengths up to S960, a separate design concept is required. In this paper, the weldability and load-carrying capacity of multilayer MAG welded butt joints designed as mixed connections of a normal-strength structural steel S355 and a high-strength structural steel in the range S690 to S960 are investigated. Extensive experimental investigations are carried out, in which other influencing variables such as the filler metal used, the heat input, the plate thickness, and the weld geometry are varied in order to identify their effects on the load-carrying capacity of the welded joints. Among other things, the results form the basis for an empirically based design model for mixed connections.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01600-9
Duden, Anna J.; Köhler, Tobias; Peters, Diana; Redeker, Julian; Girkes, Florian; Bergmann, Jean Pierre; Vietor, Thomas
Similarity analysis of engineer-to-order parts based on a knowledge graph. - In: 16th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, (2023), S. 44-49

By estimating manufacturing costs and times at an early design stage, design of a part and production planning can be improved to significantly reduce product costs. Therefore, a concept for automated estimation of costs and times based on similarity analysis is introduced. This concept is based on a semantic and machine-interpretable representation of part geometries, manufacturing processes and machine capabilities stored in a knowledge graph and uses a semantic distance combined with a numerical distance to compare a new part design with already produced parts. With combined similarity measures and information on manufacturing process steps stored in the knowledge graph, it is possible to estimate the expected manufacturing costs and times.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.06.009
Köhler, Tobias; Song, Buchao; Bergmann, Jean Pierre; Peters, Diana
Geometric feature extraction in manufacturing based on a knowledge graph. - In: Heliyon, ISSN 2405-8440, Bd. 9 (2023), 9, e19694, S. 1-15

In times of global crises, the resilience of production chains is becoming increasingly important. If a supply chain is interrupted, a cost-effective solution must be established quickly. In the context of Industry 4.0, the concept of smart manufacturing offers a solution for fast and automated decision-making in production planning. The core idea of smart manufacturing is the digitalization of the product life cycle and the linking of individual phases of this cycle. Computer Aided Process Planning (CAPP) plays an important role as the connecting element between design and manufacturing. An important prerequisite for CAPP is the automated analysis of 3D models of components. The aim of this work is the development of an automatic feature recognition (AFR) -method to recognize geometric manufacturing features and their properties from 3D-models and then store them in a knowledge base. In that way, the result of the design can be automatically analysed and compared with manufacturing information afterwards in order to achieve an automated process planning. Geometric and topological information of a 3D model (STEP-AP242 format) generated by CAD systems is extracted by a Python-script developed and stored in an ontology-based knowledge base. The extracted product data is analysed using a Python-script to identify manufacturing features. To provide a comprehensive extensibility of the model, geometric features are defined according to a layered and hierarchical structure.



https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e19694
Kodera, Sayako; Schmidt, Leander; Römer, Florian; Schricker, Klaus; Gourishetti, Saichand; Böttger, David; Krüger, Tanja; Kátai, András; Straß, Benjamin; Wolter, Bernd; Bergmann, Jean Pierre
Temporal resolution of acoustic process emissions for monitoring joint gap formation in laser beam butt welding. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 13 (2023), 18, 10548, S. 1-17

With the increasing power and speed of laser welding, in-process monitoring has become even more crucial to ensure process stability and weld quality. Due to its low cost and installation flexibility, acoustic process monitoring is a promising method and has demonstrated its effectiveness. Although its feasibility has been the focus of existing studies, the temporal resolution of acoustic emissions (AE) has not yet been addressed despite its utmost importance for realizing real-time systems. Aiming to provide a benchmark for further development, this study investigates the relationship between duration and informativeness of AE signals during high-power (3.5 kW) and high-speed (12 m/min) laser beam butt welding. Specifically, the informativeness of AE signals is evaluated based on the accuracy of detecting and quantifying joint gaps for various time windows of signals, yielding numerical comparison. The obtained results show that signals can be shortened up to a certain point without sacrificing their informativeness, encouraging the optimization of the signal duration. Our results also suggest that large gaps (>0.3 mm) induce unique signal characteristics in AE, which are clearly identifiable from 1 ms signal segments, equivalent to 0.2 mm weld seam.



https://doi.org/10.3390/app131810548
Diegel, Christian; Mattulat, Thorsten; Schricker, Klaus; Schmidt, Leander; Seefeld, Thomas; Bergmann, Jean Pierre; Woizeschke, Peer
Interaction between local shielding gas supply and laser spot size on spatter formation in laser beam welding of AISI 304. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 13 (2023), 18, 10507, S. 1-25

Background. Spatter formation at melt pool swellings at the keyhole rear wall is a major issue for laser deep penetration welding at speeds beyond 8 m/min. A gas nozzle directed towards the keyhole, that supplies shielding gas locally, is advantageous in reducing spatter formation due to its simple utilization. However, the relationship between local gas flow, laser spot size, and the resulting effects on spatter formation at high welding speeds up to 16 m/min are not yet fully understood. Methods. The high-alloy steel AISI 304 (1.4301/X5CrNi18-10) was welded with laser spot sizes of 300 μm and 600 μm while using a specially designed gas nozzle directed to the keyhole. Constant welding depth was ensured by Optical Coherence Tomography (OCT). Spatter formation was evaluated by precision weighing of samples. Subsequent processing of high-speed images was used to evaluate spatter quantity, size, and velocity. The keyhole oscillation was determined by Fast Fourier Transform (FFT) analysis. Tracking the formation of melt pool swellings at the keyhole rear wall provided information on the upward melt flow velocity. Results. The local gas flow enabled a significant reduction in the number of spatters and loss of mass for both laser spot sizes and indicated an effect on surface tension by shielding the processing zone from the ambient atmosphere. The laser spot size affected the upward melt flow velocity and spatter velocity.



https://doi.org/10.3390/app131810507
Brätz, Oliver; Arnim, Mareike; Eichler, Stefan; Gericke, Andreas; Henkel, Knuth-Michael; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Kuhlmann, Ulrike
Load-carrying capacity of MAG butt and fillet welded joints on high-strength structural steels of grade S960QL and S960MC. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 6 (2023), 3/4, S. 587-594

The use of high-strength structural steels brings great advantages in constructions regarding material requirements, weight reduction and productivity. Different steel grades within the S960 range are commercially available but not yet represented in Eurocode 3. The weldability of these steels is limited to smaller process windows to ensure the high material properties. In contrast to steels with moderate strength, there is a considerable risk of softening in the heat-affected zone causing a strength reduction of the connection. By now, the current EN 1993-1-12 only extends the design rules to cover steel grades up to S700. Therefore, the potential of these high-strength steels cannot be used to its full extent in structural engineering. This study, made within a steel application research project (FOSTA P 1507), deals with the weldability and load-carrying capacity of butt and fillet welded joints of S960QL and S960MC produced by gas-shielded metal arc welding. The influence of different bevel geometry, filler metal, and plate thicknesses was investigated. To extend the design rules up to S960, a need of an amendment was found for some combinations.



https://doi.org/10.1002/cepa.2478
Arnim, Mareike; vonEichler, Stefan; Brätz, Oliver; Hildebrand, Jörg; Kuhlmann, Ulrike; Bergmann, Jean Pierre; Flügge, Wilko
Study on load-carrying capacity of MAG butt-welded mixed connections with different steel strengths. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 6 (2023), 3/4, S. 1458-1463

Mixed connections of normal-strength steel and high-strength steel can enable an optimum resource-saving use of materials by adapting the material strength to the forces acting on them. But the design and calculation of butt-welded mixed connections is not clearly regulated in the currently valid standards EN 1993-1-8 and EN 1993-1-12. In the research project Effective design concepts for mixed connections in steel structures an extensive experimental program with 180 mixed connections has been conducted to investigate the load-carrying capacity and behaviour of these connections. The weld joint specimens were made with normal-strength steel S355J2+N and different high-strength steels S690QL, S700MC or S960QL. Varying parameters were also the filler metals, plate thicknesses, weld bevels and the heat input during welding. The influence of these parameters on the load-carrying capacity and the deformation behaviour of mixed connections was investigated. Moreover, high-resolution microhardness mappings (UCI) on the welded specimens were carried out to examine the formation of the soft zone in the heat-affected zone of the high-strength steels.



https://doi.org/10.1002/cepa.2262
Eichler, Stefan; Arnim, Mareike; Brätz, Oliver; Hildebrand, Jörg; Gericke, Andreas; Bergmann, Jean Pierre; Kuhlmann, Ulrike; Henkel, Knuth-Michael
Heat management and tensile strength of 3 mm mixed and matched connections of butt joints of S355J2+N, S460MC and S700MC. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 6 (2023), 3/4, S. 1476-1482

High-strength structural steels are beneficial in terms of the sustainability of constructions due to the possible reduction of weight and overall material needs. Nevertheless, high-strength steels have a smaller processing parameter range in regarding the specific heat input and resulting cooling rate. Especially the cooling time t8/5 characterizing the time span to cool down from 800 to 500 ˚C is an important indicator. Single layer butt-welded gas metal arc welding (GMAW) connections of 3 mm plates between normal strength (S355J2+N, S460MC) and high-strength steels (S700MC) as well as matched connections (S460MC, S700MC) are carried out. Hereby, the influence of the energy input, melting rate, joint preparation, filler metal (matching and undermatching) and backing methods are observed. Spatially resolved IR-thermal observation shows variations within the welds of up to 50 % in the cooling time t8/5 depending on those parameters. These fluctuations lead to significant changes of the microstructure within the melting and heat-affected zone. UCI hardness mappings show the softening and microstructural change within these zones. Those soft zones can be the region of failure for butt welded connections as shown by transverse tensile tests with spatially resolved optical strain measurements. The results obtained can be used to define more precise welding procedures of these types of connections and also are used to develop design rules for mixed connections made of normal strength and high-strength steel.



https://doi.org/10.1002/cepa.2265
Broda, Tobias;
Bestimmung der Verbindungseigenschaften beim punktförmigen Schweißen von Aluminiumlegierungen mit Stahl. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XV, 153 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 18)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Stahl wird in Leichtbaustrukturen durch Aluminiumlegierungen ergänzt. Die Fügetechnik nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein. Die Werkstoffe weisen unterschiedliche thermophysikalische Eigenschaften auf, was die schweißtechnische Verarbeitung erschwert. Die Bildung intermetallischer Phasen während des Schweißens führt bei unkontrolliertem Wärmeeintrag und unzureichender Anbindung zu sprödem Verbindungsversagen bei geringen Lasten. Das Verfahren des Ultraschall-Element-Widerstandspunktschweißens ermöglicht den Einsatz des Widerstandspunktschweißens als Hauptfügeprozess. Dazu wird auf das Aluminiumblech an der Fügestelle mittels Ultraschallschweißen ein Fügehilfselement aufgeschweißt, welches die Verbindung zum Stahl durch eine Schweißlinse erreicht. Während der Widerstandserwärmung wachsen intermetallische Phasen in der Ultraschallschweißung über das prozessual einstellbare Temperatur-Zeitregime während des Widerstandsschweißprozesses an. Es gelang mit Hilfe einer eigens entwickelten Zugprobe die Fügezonenfestigkeit nach der Durchführung der Schweißprozesse zu bestimmen. So konnte nachgewiesen werden, dass ein Verbindungsversagen im Zusammenhang mit der intermetallischen Phase nur dann eintritt, wenn die Fügezonenfestigkeit kleiner ist als die Festigkeit des Aluminiumwerkstoffs. Als Grenze wurde eine Gesamtphasendicke von 8 µm herausgearbeitet. Es gelang, ein Prognoseverfahren für das Abgrenzen von Ausknöpfbrüchen zu Scherbrüchen bei Scherzugbelastung auf Stahl/Aluminium-Verbindungen unter Berücksichtigung intermetallischer Phasen anzuwenden. Zur Für die Scher- und Kopfzugverbindungen wurde ein Berechnungskonzept entwickelt, was die intermetallischen Phasen als Bemessungsgröße berücksichtigt. Die Erkenntnisse konnten auf bauteilähnliche Werkstücke angewendet und auf weitere Verbindungen übertragen werden.



https://doi.org/10.22032/dbt.58335
Schricker, Klaus; Diegel, Christian; Schmidt, Leander; Seibold, Marc; Friedmann, Hannes; Fröhlich, Fabian; Eichler, Stefan; Chen, Yunhui; Requardt, Herwig; Rack, Alexander; Bergmann, Jean Pierre
Understanding the formation of “false friends” (hidden lack of fusion defects) in laser beam welding by means of high-speed synchrotron X-ray imaging. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 11, S. 2557-2570

This paper provides a fundamental understanding of “false friend” formation, i.e., hidden defects associated with lack of fusion, using an experimental setup that allowed an insight into the processing zone based on high-speed synchrotron X-ray imaging. The setup enabled the welding of a lap joint of AISI 304 high-alloy steel sheets (X5CrNi18-10/1.4301), with the ability to adjust different gap heights between top and bottom sheet (up to 0.20 mm) and to acquire high-speed X-ray images at 100 kHz simultaneously with the welding process. On this basis, a time-resolved description of the “false friend” formation can be provided by visualizing the interaction between keyhole and melt pool during laser welding and solidification processes within the gap area. The bridgeability of the gap was limited due to the gap height and insufficient melt supply leading to the solidification of the bridge. The distance between the solidified bridge and the keyhole increased with time, while the keyhole and melt pool dynamics initiated the formation of new melt bridges whose stability was defined by melt flow conditions, surface tension, and gap heights. The alternating formation and solidification of melt bridges resulted in entrapped areas of lacking fusion within the weld, i.e., “false friends.” Finally, based on the results of this study, a model concept is presented that concludes the main mechanisms of “false friend” formation.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01581-9
Alter, Lukas;
Porenbildung beim Schweißen von Kupferwerkstoffen unter Verwendung von Laserstrahlung im grünen Wellenlängenbereich. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (153 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Der Einsatz von herkömmlicher, infraroter Laserstrahlung für das Schweißen von Kupfer ist mit zahlreichen Herausforderungen, wie der Bildung von Prozessporen, Spritzern und Materialauswürfen verbunden. Ein Optimierungsansatz stellt diesbezüglich die Verwendung von grüner und blauer Laserstrahlung dar. Aufgrund der höheren Absorption von Laserstrahlung in diesem Wellenlängenbereich lassen sich geringe Aspektverhältnisse der Dampfkapillare beim Schweißen realisieren (Verhältnis Tiefe zu Breite: < 5), was zur Stabilisierung der Dampfkapillare und zur Reduzierung auftretender Prozessinstabilitäten und Nahtdefekte führt. Jedoch tritt in diesem Zusammenhang eine Art der Porenbildung auf, die bisher für das Laserstrahlschweißen von Kupferwerkstoffen nicht beobachtet wurde. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die zugrunde liegenden Wirkmechanismen dieser sogenannten Gasporenbildung untersucht. Durch die Applizierung definierter Umgebungsgasatmosphären während des Schweißprozesses konnte experimentell nachgewiesen werden, dass die Gasporenbildung auf zwei unterschiedlichen Wirkmechanismen beruht, die der metallurgischen Porenbildung und der Reaktionsporenbildung. Es wurde gezeigt, dass die Gasporenbildung im Zusammenhang mit der Existenz von Stickstoff und Sauerstoff im Umgebungsgas steht. Während die Aufnahme von Stickstoff zur metallurgischen Porenbildung führt, ist die gleichzeitige Aufnahme von Stickstoff und Sauerstoff, beispielsweise beim Schweißen unter atmosphärischer Luft, mit der Bildung von Reaktionsporen verbunden. Mittels der Methode der Heißgasextraktion konnte die Existenz dieser Elemente im Schweißgut nachgewiesen, und damit deren Aufnahme während des Schweißens im schmelzflüssigen Kupfer gezeigt werden. Das Auftreten von metallurgischer Porenbildung und Reaktionsporenbildung wurde im Rahmen dieser Arbeit in einer modellhaften Vorstellung zusammengeführt, welche durch die Ergebnisse unterschiedlicher experimenteller Untersuchungen gestützt wird. Ferner konnte gezeigt werden, dass zudem ein werkstoffseitiger Einfluss auf die Gasporenbildung besteht, der auf den Restsauerstoffgehalt des Grundmaterials zurückzuführen ist. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden zahlreiche Maßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung der Porenbildung abgeleitet.



https://doi.org/10.22032/dbt.57726
Jaekel, Konrad; Sauni Camposano, Yesenia Haydee; Matthes, Sebastian; Glaser, Marcus; Schaaf, Peter; Bergmann, Jean Pierre; Müller, Jens; Bartsch, Heike
Ni/Al multilayer reactions on nanostructured silicon substrates. - In: Journal of materials science, ISSN 1573-4803, Bd. 58 (2023), 31, S. 12811-12826

Fast energy release, which is a fundamental property of reactive multilayer systems, can be used in a wide field of applications. For most applications, a self-propagating reaction and adhesion between the multilayers and substrate are necessary. In this work, a distinct approach for achieving self-propagating reactions and adhesion between deposited Ni/Al reactive multilayers and silicon substrate is demonstrated. The silicon surface consists of random structures, referred to as silicon grass, which were created by deep reactive ion etching. Using the etching process, structure units of heights between 8 and 13 µm and density between 0.5 and 3.5 structures per µm^2 were formed. Ni and Al layers were alternatingly deposited in the stoichiometric ratio of 1:1 using sputtering, to achieve a total thickness of 5 µm. The analysis of the reaction and phase transformation was done with high-speed camera, high-speed pyrometer, and X-ray diffractometer. Cross-sectional analysis showed that the multilayers grew only on top of the silicon grass in the form of inversed cones, which enabled adhesion between the silicon grass and the reacted multilayers. A self-propagating reaction on silicon grass was achieved, due to the thermally isolating air pockets present around these multilayer cones. The velocity and temperature of the reaction varied according to the structure morphology. The reaction parameters decreased with increasing height and decreasing density of the structures. To analyze the exact influence of the morphology, further investigations are needed.



https://doi.org/10.1007/s10853-023-08794-9
Gourishetti, Saichand; Chauhan, Jaydeep; Grollmisch, Sascha; Rohe, Maximilian; Sennewald, Martin; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Arc welding process monitoring using neural networks and audio signal analysis. - In: SMSI 2023 Conference - Sensor and Measurement Science International, (2023), S. 249-250

This paper investigates the potential of airborne sound analysis in the human hearing range for automatic defect classification in the arc welding process. We propose a novel sensor setup using microphones and perform several recording sessions under different process conditions. The proposed quality monitoring method using convolutional neural networks achieves 80.5% accuracy in detecting deviations in the arc welding process. This confirms the suitability of airborne analysis and leaves room for improvement in future work.



https://doi.org/10.5162/SMSI2023/D7.2
Labus Zlatanovic, Danka; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
The study of screw extrusion-based additive manufacturing of eco-friendly aliphatic polyketone. - In: Journal of materials research and technology, ISSN 2214-0697, Bd. 25 (2023), S. 4125-4138

Aliphatic polyketone is a new-age eco-friendly, high-performance engineering thermoplastic. However, its potential for replacing other polymers depends on its ability to be processed. Considering that the first aliphatic polyketone suitable for processing was developed relatively recently (2015), the material gained new research potential. In this paper screw extrusion-based process was developed for additive manufacturing of aliphatic polyketone. A detailed characterisation of the process and printed samples was done. It was shown that the extruder-base process can produce stable additive-manufactured parts depending on printing speed (process parameters). The interpass temperature has a significant influence on printing properties and it depends on printing speed (travel speed of building platform and extruder rotational speed). With the increase in the printing speed, the interpass temperature increases as well. If it is low causes insufficient heat for diffusion to occur causing delamination and if it is too high causes geometrical deviation of workpieces which leads to defects causing a reduction in inter-road strength. The tensile strength of specimens with raster angle 0&ring; was 62.7 ± 1.4 MPa, which is slightly higher than the tensile strength of base material guaranteed by the supplier (60 MPa) while the elongation up to the first crack was 32.8 ± 4.6%. Iinter-road strength in specimens with a raster angle of 90&ring; was 37.2 ± 0.8 MPa which is 62% of the base material while interpass temperature was 189 ± 3.3 &ring;C.



https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.06.223
Matthes, Sebastian; Glaser, Marcus; Vardo, Emina; Sauni Camposano, Yesenia Haydee; Jaekel, Konrad; Bergmann, Jean Pierre; Schaaf, Peter
Influence of extrinsic induced tensile stress on the self-propagating high-temperature synthesis of nanosized Al/Ni multilayers. - In: Journal of materials science, ISSN 1573-4803, Bd. 58 (2023), 24, S. 10085-10095

Reactive multilayer systems consisting of alternating nanoscale Al and Ni layers are applicable in joining, various pyrotechnic applications and thermal batteries. Since diffusion based high-temperature synthesis occurs without the presence of air, efforts have focused on investigating the understanding of the fundamental reaction processes and characteristics. The aim of this study is to expose the reactive multilayers to extrinsic induced tensile stress so that the self-propagating synthesis can proceed under these conditions. Further, the properties during and after the reaction will be investigated. Multilayers deposited by sputtering on Kapton® substrates with different bilayer- and total thicknesses as well as commercial Nanofoils® with thicknesses of 40 µm and 60 µm were used as samples. The investigations focused on the propagation velocity measured with a high-speed camera, the temperature regime determined with a high-speed pyrometer, and the formed phases after the synthesis examined via X-ray diffraction. The gained results of this study reveal important insights for the application of the reactive Al/Ni multilayer system in terms of stability or reliability related to propagation front velocity, maximum temperature and formed phases under induced external tensile stresses.



https://doi.org/10.1007/s10853-023-08618-w
Schmidt, Kiril; Spaniol, Erik; Trautmann, Marcus; Bergmann, Jean Pierre; Füssel, Uwe
The GMAW process using a two-dimensional arc deflection with AC hot wires. - In: Welding journal, ISSN 0043-2296, Bd. 102 (2023), 4, S. 88-s-96-s
Richtiger Name des Verfassers: Erik Spaniol

Heat input in gas metal arc welding (GMAW) directly correlates with the applied current. As a result, welding irregularities, such as incomplete fusion and excessive penetration, increase and mechanical properties decrease. One way for adjusting heat input is to use hot wire technology. In this article, a two-dimensional arc deflection in GMAW was presented by simultaneous application of two alternating current (AC) hot wires. It is shown how the positioning of the hot wires and the signal characteristics of the current intensity influenced the deflection pattern and weld quality. It was found that the magnetic fields of the two hot wires overlapped due to the narrow opening between. Therefore, an increased one-dimensional deflection resulted. To obtain a two-dimensional deflection, it was necessary to shield the magnetic fields from each other by means of a ferritic material. By pulsing or phase shifting the current signals, individual deflection patterns were possible. The effect of arc deflection was visualized with high-speed recordings and metallographic investigations. Different deflection patterns were generated to adjust heat input and counteract weld irregularities. The use of hot wire technology allowed an increase in deposition rate by simultaneous improvement of weld quality.



Martins, Maria Amélia; Müller, Daniel Wyn; Schmauch, Jörg; Glaser, Marcus; Bergmann, Jean Pierre; Mücklich, Frank; Pauly, Christoph
Effects of ultrashort pulsed direct laser writing on Ni/Al reactive multilayer foils. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 13 (2023), 7, 4313, S. 1-13

Reactive multilayer foils (RMFs) for joining processes have attracted a great deal of attention over the last few years. They are capable of exothermic self-propagating reactions and can serve as localized heat sources for joining applications when ignited by suitable means. Using short and ultrashort pulsed lasers with carefully selected parameters, cutting and shaping of RMFs makes it possible to tailor heat release characteristics without triggering the reaction. The present study is an investigation of microstructural changes induced by femtosecond laser machining of a commercially available Ni/Al-based RMF. The effects of the specific laser parameters pulse duration and repetition rate on the heat-affected zone (HAZ) are investigated by scanning and transmission electron microscopy. Debris consisting of oxide deposits can be found at a distance of several tens of microns from the cut edge. A negligible HAZ extending to less than 100 nm was observed for all parameters tested and no signs of ignition of a self-propagating reaction were observed. These results underline the suitability of femtosecond lasers for metal machining with minimal heat input.



https://doi.org/10.3390/app13074313
Gierth, Maximilian; Michael, Nils; Henckell, Philipp; Reimann, Jan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Influence of the temperature-time regime on the mechanical properties during the DED-Arc process of near-net-shape Ti-6Al-4 V components. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 7, S. 1643-1665

In a research project, the additive manufacturing process of components made of Ti-6Al-4 V using gas metal arc welding (GMAW), which is classified into the directed energy deposition-arc (DED-Arc) processes, was investigated. The project focused on the systematic development of economical additive build-up strategies and the analysis of the temperature-time regime during the build-up process, as well as the investigation of the resulting properties. A welding range diagram was created with recommendations for process settings for additive manufacturing with the controlled short circuit, as well as a presentation of possible defect patterns outside the range shown. For the fabrication of thick-walled structures, various build-up strategies were investigated by modifying the welding path and evaluated with regard to their suitability. Based on the results, additive structures were fabricated by varying the temperature-time regime in order to gain insights into selected geometrical, metallurgical, and mechanical properties. Different energy inputs per unit length, structure dimensions, and interpass temperatures (IPT) were used for this purpose. The research project provides comprehensive findings on the additive processing of the material Ti-6Al-4 V using metal inert gas welding, in particular with regard to the temperature-time regime and the resulting properties.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01513-7
Schricker, Klaus; Schmidt, Leander; Friedmann, Hannes; Bergmann, Jean Pierre
Gap and force adjustment during laser beam welding by means of a closed-loop control utilizing fixture-integrated sensors and actuators. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 13 (2023), 4, 2744, S. 1-17

The development of adaptive and intelligent clamping devices allows for the reduction of rejects and defects based on weld discontinuities in laser-beam welding. The utilization of fixture-integrated sensors and actuators is a new approach, realizing adaptive clamping devices that enable in-process data acquisition and a time-dependent adjustment of process conditions and workpiece position by means of a closed-loop control. The present work focused on sensor and actuator integration for an adaptive clamping device utilized for laser-beam welding in a butt-joint configuration, in which the position and acting forces of the sheets to be welded can be adjusted during the process (studied welding speeds: 1 m/min, 5 m/min). Therefore, a novel clamping system was designed allowing for the integration of inductive probes and force cells for obtaining time-dependent data of the joint gap and resulting forces during welding due to the displacement of the sheets. A novel automation engineering concept allowed the communication between different sensors, actuators and the laser-beam welding setup based on an EtherCAT bus. The subsequent development of a position control and a force control and their combination was operated with a real time PC as master in the bus system and proved the feasibility of the approach based on proportional controllers. Finally, the scalability regarding higher welding speeds was demonstrated.



https://doi.org/10.3390/app13042744
Schwarz, Elisabeth Birgit; Bleier, Fabian; Günter, Friedhelm; Mikut, Ralf; Bergmann, Jean Pierre
Temperature-based quality analysis in ultrasonic welding of copper sheets with microstructural joint evaluation and machine learning methods. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 6, S. 1437-1448

Ultrasonic metal welding (USMW) is a highly attractive joining technology due to high energy efficiency and solid-state joint formation. Various joining solutions for conductor materials can be realized with USMW. Still, a big challenge for complex industrial applications is an adequate process monitoring that allows to cope with inevitable and complex process fluctuations. In this work, the suitability of contactless temperature measurements for process monitoring of copper sheet welding is examined and compared with the suitability of vibration measurements by means of machine learning methods. Different sensor signals acquired during welding on a metrological test rig are used for predicting the tensile shear strength of the joint. Results show that quality predictions based on temperatures exceed the state-of-the-art monitoring based on the welding energy. Yet, solely temperature-based predictions are exceeded by quality predictions based on either welding machine signals or tool vibration measurements. To further explore temperature-based quality analysis, joint microstructure analyses are carried out. These reveal concurring joint formation mechanisms associated with the mechanical and thermal process domains. To finally cover both domains in quality prediction, a sensor-fusion-based regression model is set up relying on vibration and temperature measurements. This fusion model exceeds all previously considered regression models with a mean absolute percentage error of 7.4% on the test data set. These results stress the importance of both process domains and suggest the combination of temperature and vibration measurements as a good starting point for future industrial monitoring of USMW processes.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01463-0
Labus Zlatanovic, Danka; Bergmann, Jean Pierre; Balos, Sebastian; Hildebrand, Jörg; Bojanic-Sejat, Mirjana; Goel, Saurav
Effect of surface oxide layers in solid-state welding of aluminium alloys - review. - In: Science and technology of welding and joining, ISSN 1743-2936, Bd. 28 (2023), 5, S. 1-21

This review sheds novel insights on the residual oxide behaviour of solid-state weld joints of aluminium alloys. Understanding the influence of oxides on the aluminium surface before and during welding, its impact on the weld structure and possible solutions for reducing its impact were addressed. The solid-state techniques most relevant to the transportation sector namely, diffusion bonding, friction stir spot welding and ultrasonic welding were surveyed, analysed and reviewed. During this analysis, the implication of the presence of oxides on aluminium substrate affecting the metallurgical characteristics of the weld joints was reviewed. Visible defects such as voids, delamination, kissing bond and hook defects, and problems associated with these defects were analysed and few suggestions are made to partially overcome these issues.



https://doi.org/10.1080/13621718.2023.2165603
Labus Zlatanovic, Danka; Eigenbrod, Hella; Stötzel, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Hildebrand, Jörg
Effects of cryogenic cooling on machining of acrylonitrile-butadiene rubber. - In: Journal of manufacturing processes, Bd. 90 (2023), S. 429-442

The basic idea of cryogenic machining of elastomers is to lower the process temperature under glass transition temperature, causing the transformation of the viscoelastic properties of elastomers into brittle with better machinability outcomes. However, because of the heat generated by plastic deformation and chip formation in the primary shear zone and friction between the tool and the workspace, even with cryogenic cooling, the resulting temperature in the cutting area is often higher than the glass transition temperature. As a result, it can cause a partially rubbery state of the workpiece. In this paper, the effect of cryogenic cooling on the milling of acrylonitrile-butadiene rubber was analysed. Three different cooling setups, namely, indirect, direct and flow cooling, were proposed and their influence on temperature distribution in the cutting zone was studied in conjunction with different tool geometries and parameters (depth of cut, rotational speed, and feed rate). Direct cooling provides the best-resulting temperature distribution with the lowest surface roughness (1.27 to 1.47 μm) as it acts as a lubricant between the tool and workpiece and cools the tool and workpiece simultaneously.On the other hand, increasing the depth of cut and rotational speed also increases surface roughness. The best results show samples with grooves obtained with a rotational speed of 5000 rpm, depth of cut 0.25 mm and feed rates between 75 and 300 mm/min with surface roughness between 0.86 and 1.29 μm. Those samples show clean grooves with sharp edges, minimal surface roughness and geometric deviation, with defined ductile chip formation.



https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.02.027
Sharifi Ghazijahani, Mohammad; Kästner, Christian; Valori, Valentina; Thieme, Alexander; Täschner, Kerstin; Schumacher, Jörg; Cierpka, Christian
The SCALEX facility - an apparatus for scaled fluid dynamical experiments. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 90 (2023), 5, S. 296-309

The working conditions of the Scaled Convective Airflow Laboratory Experiment (SCALEX) at Technische Universität Ilmenau and sample experiments are reported. The SCALEX facility is a pressure vessel which allows for downscaling of laboratory experiments up to a factor of 20 by compression of gaseous working fluids, air or sulfur hexafluoride, to change the material properties of the fluid. The requirements and conditions for downscaling of fluid dynamical problems are discussed in detail. Long-term high and low pressure tests are conducted to screen the stability of the experimental environment inside the vessel against pressure and temperature fluctuations. Finally, a Rayleigh-Bénard convection experiment at an aspect ratio 10 is performed inside the SCALEX facility as a proof of concept. The reference experiment was conducted under 4.5 bar pressure for Ra = 1.9 × 10^5. However, the Rayleigh number could be varied in a wide range of Ra = 10^4  … 10^8. The flow investigation was pursued with stereoscopic particle image velocimetry in horizontal mid-plane through the convection cell. To improve the image quality the cameras were placed inside the pressure cell and tested up to 6 bar. Thus the feasibility of optical flow measurements at elevated pressures is shown.



https://doi.org/10.1515/teme-2022-0121
Pöthig, Pascal; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Influence of different surface conditions on mechanical properties during ultrasonic welding of aluminum wire strands and copper terminals. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 6, S. 1427-1436

Ultrasonic metal welding (USMW) has become considerable attention in terms of its suitable applications compared to conventional fusion welding techniques. The main advantage of USMW results from the comparatively low process times and joining temperatures below the melting point. Thus, USMW is particularly used for the joining of dissimilar material combinations, e.g., aluminum and copper (Al/Cu), in battery cell production or wiring harness applications. However, process fluctuations in USMW of Al/Cu joints can occur due to varying surface conditions of the joining materials. Therefore, this study investigated different surface conditions of copper terminals and their effects on mechanical properties. At first, three different surface conditions were generated, respectively: surface cleaning (sulfuric acid and ethanol), structuring process by laser, and structuring process by milling. These modifications are compared with the terminals in the initial state (contaminated). The characterization of the terminal surfaces was carried out with 3-D laser scanning microscopy as well as light microscopy. The mechanical conditions were examined with shear tensile tests. The tensile tests showed a significant influence of the surface condition on the resulting failure loads compared to the initial state. The highest failure loads could be achieved with the structured terminals (+ 48%), whereas contaminated terminals and terminals with notches exhibited comparatively poor failure loads (- 28%). This can be explained by varying interface formations between the terminal and the wire, which was detected by metallography and SEM analysis. Furthermore, it was figured out that the interface between aluminum and copper exhibits a firm and formed closure bond and hence increased failure loads for laser-structured terminals. Additional investigations by SEM revealed no detectable occurrence of intermetallic phases.



https://doi.org/10.1007/s40194-023-01490-x
Woyan, Felix;
Prozessmodell für das Hinterspritzen von Dekorfolien in der In-Mould-Labeling Technik. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XIV, 207 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 15)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Das Folienhinterspritzen ist ein spezielles Spritzgießverfahren zur Dekoration und Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen. Dabei wird eine transparente Kunststofffolie bedruckt, verformt und hinterspritzt. Die Vorteile des Verfahrens liegen in der Oberflächenqualität und den zahlreichen Dekorationsmöglichkeiten. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten, die sich meist nur durch hohe Stückzahlen und einer Vollauslastung der Maschine rechtfertigen lassen. Ansatzpunkte, die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, liegen in der Reduzierung der Zykluszeiten und der Ausschussraten. Typische Fehlerbilder beim Folienhinterspritzen sind die Auswaschung der aufgedruckten Dekore durch den Hinterspritzvorgang, Gestaltabweichungen wie Verzug und die Ablösung der Folie vom Träger. Der Arbeit liegt die These zugrunde, dass die Formteilqualität auf die Wechselwirkung zwischen thermischen und mechanischen Randbedingungen zurückgeführt werden kann. Basierend auf einer systematischen Verfahrensanalyse und einer analytischen Betrachtung der thermischen und mechanischen Einflussfaktoren, wird ein grundlegendes Prozessverständnis erarbeitet. Dies erfolgt unter Berücksichtigung von Prozess-, Material- und Geometriegrößen. Auswaschungen resultieren aus thermischen und mechanischen Folienbelastungen. Dabei können zwei wesentliche Entstehungsmechanismen abgeleitet werden, die von der Wandschubspannung und den Temperaturen abhängen. Es wird gezeigt, dass die Wirkungsweise von Schmelzetemperatur und Einspritzgeschwindigkeit von der Höhe der Wandschubspannung abhängt. Die Verbundfestigkeit wird anhand von bedruckten und unbedruckten Folien untersucht, wobei sich unterschiedliche Zusammenhänge zeigen. Während bei unbedruckten Folien die Verbundfestigkeit mit der thermischen Energie in der Grenzschicht steigt, liegt der Einfluss der Prozessparameter bei bedruckten Folien im Bereich der doppelten Standardabweichung. Ferner wird in der vorliegenden Arbeit erstmals die Orientierung betrachtet. Dabei zeigt sich ein vom Fließweg abhängiger Orientierungsverlauf sowie eine Abnahme der Orientierung mit den Temperaturen. Analog hierzu nimmt auch der Formteilverzug mit einem steigenden Temperaturniveau ab, da hohe Temperaturen zu einer Reduzierung der Schwindungsdifferenzen zwischen Folie und Träger führen. Abschließend werden die Erkenntnisse in einem qualitativen Prozessmodell zusammengefasst, das die Haupteinflussfaktoren auf die Formteilqualität beinhaltet und eine Prozessoptimierung zulässt.



https://doi.org/10.22032/dbt.53464
Glaser, Marcus; Matthes, Sebastian; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Schaaf, Peter
Hybrid thermoplastic-metal joining based on Al/Ni multilayer foils - analysis of the joining zone. - In: Materials and design, ISSN 1873-4197, Bd. 226 (2023), 111561, insges. 16 S.

Multi material pairings like metal-plastic hybrid compounds are becoming increasingly important across all industrial sectors. However, the substitution of metals by plastics leads to a multitude of challenges based on the combination of dissimilar materials. The variations in the chemical and physical properties of the used materials require innovative joining processes. The application of reactive multilayers represents an advanced joining method for flexible and low-distortion joining of dissimilar joining partners by means of a short-term and localized application of thermal energy. In the context of this publication, the joining process between semi-crystalline polyamide 6 and austenitic stainless steel X5CrNi18-10(EN 1.4301 / AlSI304) based on reactive Al/Ni multilayers is investigated. In addition to evaluation of resulting joint strength, the focus of the work is in particular the characterization of the resulting failure behavior at the fracture interface under tensile load and the deriving binding mechanisms in the joint. From the results obtained, it is estimated that a direct bond can be generated between plastic and metal despite the presence of a residual reacted foil in the joining area. The structures present in the metal surface have a particularly positive influence on crack initiation and the resulting increased bond strength.



https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111561
Hasieber, Michael; Wenz, Felix; Grätzel, Michael; Lenard, James Andrew; Matthes, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre
A systematic analysis of maximum tolerable tool wear in friction stir welding. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 67 (2023), 2, S. 325-339

Friction stir welding (FSW) is a solid-state joining process with a wide range of applications in the E-mobility, automotive, aerospace and energy industries. However, FSW is subjected to specific challenges including comparatively high process forces and high requirements on the clamping technique as well as tool wear resulting from the tool-workpiece interaction and thermo-mechanical stresses. Geometric-related tool wear can cause premature tool failure, process instabilities or weld seam irregularities. Therefore, tool wear in general, wear limits and tool life are essential factors for the efficient and sustainable implementation of friction stir welding. Against this background, this study analysed areas of significant tool wear on the shoulder and probe as a function of process temperature, weld seam length and weld seam quality. This provided functional correlations for determining limiting conditions on maximum tolerable tool wear. Geometrical deviations of the tool, induced by wear, were detected experimentally at different measuring points on the probe and shoulder and varying weld seam length. The investigations were carried out using a force-controlled robotized welding setup in which AA-6060-T66 sheets with a thickness of 5 mm were joined by weld seams up to 500 m in length. To identify the maximum tolerable tool wear, the weld seam properties were determined by visual and metallographic inspections and by tensile tests at 50-m intervals on the weld seam. It was shown that a 50% reduction in rotational speed (lower temperatures) resulted in less wear and thus in an increase of tool life of up to 150%. In addition, it was shown that the shoulder, like the probe, was also subject to significant wear. These results can be incorporated into FSW maintenance schedules to maximize tool life and minimize scrap rates.



https://doi.org/10.1007/s40194-022-01407-0
Pöthig, Pascal; Gester, Andreas; Roder, Christina; Wagner, Guntram; Bergmann, Jean Pierre
Development of evaluation strategies for ultrasonically welded aluminium strands/copper arrester joints :
Erarbeitung von Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Aluminiumlitzen-Kupferableiter-Verbindungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 74 (2022), 5, S. 260-266

Der Beitrag thematisiert die Erarbeitung von Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Litze-Ableiter-Verbindungen unter besonderer Berücksichtigung der Litzenverdichtung als zentralen Punkt der Gesamtverbindungsbildung. Dabei wurde gezeigt, dass unabhängig von der Schwingungswirkrichtung (linear, torsional) eine hinreichende Verdichtung und Anbindung der Litzen an den Ableiter und dadurch sehr gute mechanische und elektrische Eigenschaften erzielt werden können. Zur Untersuchung der Möglichkeiten einer erweiterten Prozessüberwachung wurden zudem die maschinenseitigen Anlagendaten (Schweißkurven) ausgewertet und mit den Verbindungsfestigkeiten verglichen. Hierbei konnte die zusammengesetzte Kenngröße der Sonotrodeneindringgeschwindigkeit eingeführt und mit verschiedenen Kompaktierungszuständen (zum Beispiel „überschweißte“ Verbindungen) korreliert werden. Ebenso konnten eine Methodik zur eindeutigen Bewertung des Prozesses und der Schweißergebnisse erarbeitet sowie der Einfluss verschiedener bauteil- und werkstoffspezifischer Einflussgrößen sowie dessen Auswirkungen auf die Litzenverdichtung und Verbindungsbildung betrachtet werden. So zeigte sich, dass für verschiedene herstellerspezifische Litzenverseilungen Anpassungen der Prozessparameter erforderlich sind, um für jeden Litzentyp sehr gute mechanische Eigenschaften zu erzielen. Als weiterer werkstoffspezifischer Einfluss wurden verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten des Litzenkabels untersucht.



Henckell, Philipp; Schmidt, Kiril; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Characterization of gas-shielded metal arc welding with small wire diameters - Micro-MSG :
Charakterisierung des Metall-Schutzgasschweißens mit geringen Drahtdurchmessern - Mikro-MSG. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 74 (2022), 5, S. 276-282

Das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) ist ein weit verbreitetes Fügeverfahren, dessen Leistungsbereich durch die kommerziell eingesetzten Drahtdurchmesser (0,8 bis 1,6 mm) bislang eingegrenzt wird. Zur Verringerung des Energieeintrags und des Schmelzbadvolumens ist daher der Einsatz geringerer Drahtdurchmesser, beispielsweise für das Fügen von Feinblech, von hohem Interesse. Im hier vorgestellten Forschungsvorhaben wurde das Metall-Schutzgasschweißen mit dünnen Drahtdurchmessern von 0,8 bis 0,4 mm (Mikro-MSG) grundlegend untersucht. Hierbei erfolgten neben der Analyse des Lichtbogenverhaltens und des Wärmeeintrags ebenso Untersuchungen zu schweißtechnischen Kenngrößen wie Lichtbogenleistung oder abgeschmolzener Drahtmasse. Dabei konnte eine Reduzierung der Lichtbogenleistung um bis zu 80% und eine damit einhergehende Reduzierung des Wärmeeintrags in den Grundwerkstoff erreicht werden. Diese Erkenntnisse wurden modellhaft für das Fügen von Feinblech (t = 0,5 mm) mit verschiedenen Stoßarten (zum Beispiel I-Naht am Stumpfstoß, Kehlnaht am Überlappstoß) mittels Mikro-MSG-Verfahren eingesetzt.



Schmidt, Kiril; Spaniol, Erik; Trautmann, Marcus; Bergmann, Jean Pierre; Füssel, Uwe
Highly productive GMAW joint welding using filler wire and magnet-induced twodimensional arc deflection :
Hochproduktives MSG-Verbindungsschweißen durch den Einsatz von Zusatzheißdraht und einer magnetinduzierten zweidimensionalen Lichtbogenauslenkung. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 74 (2022), 4, S. 204-211

Der Schwerpunkt der hier vorgestellten Untersuchungen zum MSG-Verbindungsschweißen mit dem Einsatz von Zusatzheißdraht lag auf der Verringerung der thermischen Beanspruchung durch die Separierung des Werkstoff- und Wärmeeintrags sowie auf der flächenmäßigen Verteilung des Energieeintrags durch eine magnetinduzierte zweidimensionale Lichtbogenauslenkung. Dabei wurde die Auslenkung des Lichtbogens zum einen über einen Gleichstrom(DC)-Heißdraht und eine eigens entwickelte Magneteinheit, zum anderen über das Wechselspiel zweier Wechsel-strom(AC)-Heißdrähte erzeugt. Somit wurden Abschmelzleistungen größer als 15 kg/h ermöglicht und eine davon unabhängige Einstellung der mechanisch-technologischen Eigenschaften erzielt. Hierzu erfolgte eine umfangreiche Charakterisierung der Prozesse am niedriglegierten Baustahl S355 (Zusatzwerkstoff: G4Si1) sowie am hochlegierten, rostfreien Stahl X5CrNi18-10 (Zusatzwerkstoff: G19-9-LSi). Die Abschmelzleistung wurde hinsichtlich des Energieeintrags und des resultierenden Temperatur-Zeit-Verlaufs variiert, um Erkenntnisse zu geometrischen und metallurgischen Eigenschaften zu erarbeiten. Weiter wurden der Einfluss des Heißdrahts auf die Verbindungsausbildung bewertet und geeignete Drahtvorschubverhältnisse erarbeitet. Abschließend wurden unterschiedliche Auslenkmuster untersucht, um die Anbindung der Werkstoffe zueinander sowie das Benetzungs- und Einbrandverhalten gezielt anzupassen. Das Forschungsvorhaben liefert erstmalig Erkenntnisse zum heißdrahtunterstützten MSG-Verbindungsschweißen mit zusätzlicher magnetinduzierter Lichtbogenauslenkung.



Gierth, Maximilian; Reimann, Jan; Henckell, Philipp; Bergmann, Jean Pierre
Development of an arc-based additive manufacturing of near-net-shape Ti6Al4V components using wire under controlled heat input and removal :
Entwicklung einer lichtbogenbasierten, additiven Herstellung endkonturnaher Ti6Al4V-Bauteile mit Draht unter kontrollierter Wärmezu- und -abfuhr. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 74 (2022), 7/8, S. 472-478

Untersucht wurde der additive Fertigungsprozess von Bauteilen aus Ti-6Al-4V unter Verwendung des Metall-Schutzgas-Schweißens (MSG). Der Schwerpunkt des Projektes lag auf der systematischen Erarbeitung wirtschaftlicher additiver Aufbaustrategien und der Analyse der Temperatur-Zeit-Verläufe während des Aufbauprozesses sowie der Untersuchung der resultierenden Eigenschaften. Hierbei erfolgte die Aufstellung eines Schweißbereichsdiagramms mit Empfehlungen von Prozesseinstellungen für die additive Fertigung mit dem geregelten Kurzlichtbogen sowie eine Darstellung möglicher Fehlerbilder außerhalb des aufgezeigten Bereichs. Zum Herstellen dickwandiger Strukturen wurden durch Modifikation des Schweißpfads verschiedene Aufbaustrategien untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet. Aufbauend auf den Ergebnissen konnten additive Strukturen unter Variation des Temperatur-Zeit-Verlaufs hergestellt werden, um Erkenntnisse zu ausgewählten geometrischen, metallurgischen und mechanisch-technologischen Eigenschaften zu erarbeiten. Verwendet wurden hierfür unterschiedliche Streckenenergien, Strukturabmessungen und Zwischenlagentemperaturen. Das Forschungsvorhaben lieferte umfangreiche Erkenntnisse zur additiven Verarbeitung des Werkstoffs Ti6Al4V unter Verwendung des MSG-Schweißens, insbesondere hinsichtlich des Temperatur-Zeit-Verlaufs und der daraus resultierenden Eigenschaften.



Rudel, Paul; Michael, Nils; Bergmann, Jean Pierre
Entwicklung und Validierung einer Methodik zur anwendungsnahen Beschreibung des Werkzeugverschleißes an Rührreibschweißwerkzeugen. - In: DVS Congress 2022 - Große Schweißtechnische Tagung - DVS Campus, (2022), S. 62-68

Seefried, Johannes; Schwarz, Elisabeth B.; Bleier, Fabian; Franke, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Kühl, Alexander
Optimization of the ultrasonic crimping process of high-frequency litz wires by using process data monitoring. - In: 2022 12th International Electric Drives Production Conference (EDPC), (2022), insges. 7 S.

From a technological point of view, the contacting process of insulated wires to contact elements is one of the most complex steps in electromechanical engineering. To establish an electrical and mechanical connection of winding ends and contact elements, commonly the wire is stripped before the actual contacting process. However, for high-frequency litz wires, consisting of up to several thousand insulated single wires, the stripping process cannot be carried out in advance. Therefore, processes such as hot crimping or ultrasonic crimping, in which the insulation is thermally removed during the crimping process, are used. The latter is characterized by a significantly lower process energy consumption compared to the hot crimping process. It is therefore most attractive for future applications, but process optimization strategies have hardly been addressed in the literature. Within the scope of this publication, several possibilities of optimizing the process of ultrasonic crimping are investigated by means of systematic process data analysis. For this analysis, directly available data from the control system like the required process energy as well as additionally acquired sensor data, such as the sonotrode oscillation, are taken into account and a variation of process control variables as well as the cable lug clamping is conducted.



https://doi.org/10.1109/EDPC56367.2022.10019751
Gierth, Maximilian; Reimann, Jan; Henckell, Philipp; Michael, Niels; Bergmann, Jean Pierre
Entwicklung einer lichtbogenbasierten, additiven Herstellung endkontur-naher Ti-6AI-4V-Bauteile mit Draht unter kontrollierter Wärmezu- und -abfuhr. - In: #additivefertigung: Metall in Bestform, (2022), S. 135-142

Schmidt, Ralph Rudi; Hildebrand, Jörg; Kraljevski, Ivan; Duckhorn, Frank; Tschöpe, Constanze
A study for laser additive manufacturing quality and material classification using machine learning. - In: IEEE SENSORS 2022, (2022), insges. 4 S.

This paper demonstrates the use of acoustic emissions (AEs) to monitor the quality, and material used, for the laser additive manufacturing (LAM) process with steel and copper wire. Layers of deposited material (steel or copper) were created using LAM. The quality of these layers was either good or unstable. The AEs were recorded using three sensors, one microphone, and two structure-borne sound probes. The recorded signals were processed and transformed using the fast Fourier method. Then models were trained with the processed data and evaluated using a fivefold cross-validation. Results show that it is possible to accurately classify the materials used during LAM (up to a balanced accuracy [BAcc] score of 0.99). Also, the process quality could be classified with a BAcc score of up to 0.81. Overall, the results are promising, but further research and data collection are necessary for a proper validation of our results.



https://doi.org/10.1109/SENSORS52175.2022.9967311
Diegel, Christian; Schricker, Klaus; Schmidt, Leander; Dorschner, Daniel; Bergmann, Jean Pierre
Evaluation of the effect of local gas flows on keyhole geometry by means of a half-section setup. - In: 12th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2022), S. 385-390

Increasing beam power of solid-state lasers enables high welding speeds for laser welding processes. However, increasing welding speeds lead to imperfections, especially spatter formation while processing high-alloy steels. A recent and novel approach to reduce the spatter formation is the utilization of a local gas flow to manipulate the keyhole pressure balance beneficially. To get a better understanding of the effect of the gas flow on the keyhole and its geometry during deep penetration welding, a half-section setup was developed. The laser beam was positioned partially on a glass plate and the metal sheet to provide an insight into the processing zone by means of high-speed recordings. Thus, it was possible to measure the keyhole geometry and to quantify the effect of different welding speeds and gas flows on keyhole length for full penetration welds.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.172
Schricker, Klaus; Schmidt, Leander; Friedmann, Hannes; Diegel, Christian; Seibold, Marc; Hellwig, Peter; Fröhlich, Fabian; Bergmann, Jean Pierre; Nagel, Falk; Kallage, Peter; Rack, Alexander; Requardt, Herwig; Chen, Yunhui
Characterization of keyhole dynamics in laser welding of copper by means of high-speed synchrotron X-ray imaging. - In: 12th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2022), S. 501-506

Laser welding of copper is of great importance for industrial applications, e.g., for manufacturing of electrical components such as hairpins. Solid state lasers are widely used due to the high power and beam brilliance, but the implementation can be challenging in terms of process instabilities and resulting weld defects, i.e., spatter and pore formation. In order to understand the formation thus avoid these defects, the development of the understanding of the keyhole and its interaction with the surrounding melt pool is required. In this paper, high-speed synchrotron X-ray imaging (frame rate: 20,000 Hz) demonstrated its capability to study the keyhole geometry to quantify and describe the dynamic behavior inside the workpiece. Thus, novel insights into fundamental processes are provided and a new methodic approach was introduced to describe the time-dependent behavior of the keyhole and its interaction with the melt pool during laser beam deep welding of copper (Cu-ETP/CW004A).



https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.079
Alam, Shahidul; Anand, Aman; Islam, Md Moidul; Meitzner, Rico; Djoumessi, Aurelien Sokeng; Slowik, Josef; Teklu, Zekarias; Fischer, Peter; Kästner, Christian; Khan, Jafar I.; Schubert, Ulrich Sigmar; Laquai, Frédéric; Hoppe, Harald
P3HT:PCBM polymer solar cells from a didactic perspective. - In: Journal of photonics for energy, ISSN 1947-7988, Bd. 12 (2022), 3, S. 035501-1-035501-19

Here, we studied the influence of pre- and post-thermal annealing on the performance of polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells using the conventional architecture, comprising a conjugated polymer, namely, poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) and a fullerene derivative [6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (PC60BM) as a photoactive layer. The non-annealed active layer device exhibited a power conversion efficiency of <1 % , which was significantly lower than the pre- and post-annealed devices. To investigate the impact of pre- and post thermal annealing on the natural morphological state of the polymer, regiorandom (P3HT-I) and regioregular (P3HT-II) type P3HT were compared in photoactive layers. In general, P3HT-I is amorphous, whereas P3HT-II is semi-crystalline. Changes in solar cell performance were associated with changes in carrier extraction efficiencies influenced by the annealing conditions. The charge photogeneration processes were investigated using spectroscopic techniques, including electroluminescence, steady-state, and time-resolved photoluminescence spectroscopy. Finally, to explore the morphological changes upon annealing, atomic force microscopy and electroluminescence imaging measurements were performed on films and solar cells, respectively.



https://doi.org/10.1117/1.JPE.12.035501
Seibold, Marc; Strelnikov, Dmytro; Schricker, Klaus; Herzog, Roland; Bergmann, Jean Pierre
Influence of solidification rate on hot crack behavior in heat conduction laser beam welding of EN AW-6082. - In: 12th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2022), S. 490-495

Joining of thin aluminum sheets (<1mm) is widely used in the industry for electronic housings or EMC shielding. Aluminum alloys of the 6xxx series are particularly relevant for such applications. However, their use is very challenging in welding processing due to the hot cracking phenomenon. Hot cracks are known to form during the solidification phase and are a major defect regarding mechanical properties and tightness of the weld. For this reason, the formation of hot cracks must be prevented and solidification rate is known to be a key parameter. In this paper, the solidification rate is specifically manipulated by means of pulse shaping. Metallographic analysis and high-speed recordings of welds carried out with different pulse shapes that allowed the determination of a threshold solidification rate to avoid hot cracks. A further pulse shape optimization considered the determined threshold solidification rate and minimized the required pulse energy to realize sound welds. On the one hand, the study proved which simplifications can be assumed for the modeling and optimization of the pulse shapes and that solidification rate can be used as sole parameter to control crack formation of bead on plate welds. On the other hand, the experimental procedure enabled the identification of critical properties of laser beam sources regarding stability, threshold and fast adaptability of beam power.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.076
Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Diegel, Christian; Bergmann, Jean Pierre
Effect of local pressure distribution on spatter formation for welding high alloy steel at high welding speeds. - In: 12th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2022), S. 391-396

Laser beam welding with solid-state lasers leads to the formation of spatters at relevant processing speeds (≥ 8 m/min). The use of local gas flows proved to be adequate to avoid these phenomena. This publication examines the mechanical effect of a local supply of argon, nitrogen and helium to provide a deeper understanding of the local pressure distribution and its effect on the welding process. A dynamic pressure measurement was performed to quantify the two-dimensional pressure field in and around the keyhole aperture. By varying flow rate, nozzle distance and flow angle of the nozzle, the size of pressure field and the position of maximum pressure could be varied. In order to describe the separation of the dynamic pressure from the composition of the shielding gas on spatter formation, equal dynamic pressures were considered for different shielding gases. It was shown that the effect of local gas flows cannot be solely attributed to the influence of the dynamic pressure.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.173
Arnim, Mareike; vonEichler, Stefan; Brätz, Oliver; Hildebrand, Jörg; Gericke, Andreas; Kuhlmann, Ulrike; Bergmann, Jean Pierre; Flügge, Wilko
Effective design concepts for welded mixed connections in steel structures :
Effiziente Nachweiskonzepte für geschweißte Mischverbindungen im Stahlbau. - In: Stahlbau, ISSN 1437-1049, Bd. 91 (2022), 10, S. 660-670

Mischverbindungen aus normalfesten und hochfesten Stählen ermöglichen einen optimierten Materialeinsatz durch die Anpassung an die einwirkenden Kräfte. Das führt ökologisch und wirtschaftlich zu Vorteilen durch einen reduzierten Materialverbrauch und kleinere Schweißnahtgeometrien. Da normativ derzeit keine Regelungen für stumpfgeschweißte Mischverbindungen aus normalfesten und hochfesten Stählen bestehen, soll im laufenden Forschungsprojekt „Effiziente Nachweiskonzepte für Mischverbindungen im Stahlbau“ ein Bemessungsansatz dafür entwickelt werden. Darüber hinaus werden die bereits bestehenden Bemessungskonzepte für Stumpfnahtverbindungen und Kehlnahtverbindungen bis zur Stahlsorte S960 erweitert, sodass die geplante neue Fassung des Teils EN 1993-1-12 entsprechend ergänzt werden kann. Dafür werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Tragfähigkeit durchgeführt, bei denen die Einflussgrößen Grundwerkstoff, Schweißzusatz, Energieeintrag, Blechdicke und Nahtgeometrie variieren. Mit den erzielten Ergebnissen und weiterführenden Begleituntersuchungen können die Auswirkungen variierender Einflussgrößen auf die Tragfähigkeit der Schweißverbindungen identifiziert werden. Über erste Ergebnisse wird im Folgenden berichtet.



https://doi.org/10.1002/stab.202200046
Grätzel, Michael; Other, Sven; Stoll, Benedict; Rohe, Maximilian; Hasieber, Michael; Löhn, Torsten; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Kátai, András; Breitbarth, Kati; Bös, Joachim
Investigation of the directional characteristics of the emitted airborne sound by friction stir welding for online process monitoring. - In: 2nd International Conference on Advanced Joining Processes (AJP 2021), (2022), S. 41-56

Currently, destructive or non-destructive testing methods are used to verify the weld seam quality subsequent to the manufacturing process. Therefore, pre-processes such as visible or mechanical testing require additional efforts, which can lead to expensive reworking or rejection of the components. The acoustic process characterization for Friction Stir Welding (FSW) applications permits a comparatively new approach of process monitoring to detect weld seam irregularities by the characterization of the emitted noise in the audible frequency range (airborne sound signal). In previous publications, the acoustic detection of weld seam irregularities was mostly based on structure-borne sound sensors. Although a correlation between weld defects and audio signals has been demonstrated, there are process-related deficits in the use of structure-borne sound sensors. These include a fixed installation position and limited applicability for large-scale components such as battery cases. In contrast airborne sound sensors (microphones) can be mounted directly in the area of the joining process and thus influences of component size, joining materials, and weld seam geometry can be reduced. However, the use of airborne sound sensors for FSW applications requires preparatory considerations on the sensor position towards the joining process (sidely, in front of or behind the processing tool). Therefore, in this study an approach will be presented to evaluate the directional characteristic of the airborne sound emitted by the FSW process. First, the positioning of the microphone for the various welding directions were investigated. This was done to determine a suitable microphone orientation during the process. Then, the general determination of audio signals from the FSW process will be considered and compared to the process force feedback. Further, it was demonstrated that acoustic analysis can be used for detection of weld seam irregularities such as flash formation on 5 mm AA 5754 H111 sheets. All experiments were performed with a robotized FSW setup that was modified by a self-developed acoustic measuring device.



Hasieber, Michael; Kranz, Moritz; Löhn, Torsten; Grätzel, Michael; Zemlicka, Anton; Bergmann, Jean Pierre
Effect of friction stir welding tool hardness on wear behaviour in friction stir welding of AA-6060 T66. - In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, ISSN 2041-3076, Bd. 236 (2022), 6, S. 1333-1345

Friction stir welding is a solid-state joining process with a wide range of industrial applications in the e-mobility, automotive, aerospace and energy industries. However, friction stir welding is subjected to process-specific challenges, including comparatively high process forces and friction stir welding tool wear resulting from tribological interaction between the tool and workpiece. The geometric-related friction stir welding tool wear can cause varying material flow conditions, lateral path deviations and premature tool failure, with detrimental economic and technological consequences. This study systematically analyses the wear behaviour of friction stir welding tools as a function of tool hardness. To compare and differentiate the geometric-related tool wear as a function of tool hardness, experiments were carried out with a hardness of 240 HV, 410 HV and 580 HV. Whereas 240 HV is non-hardened, 410 HV is 50% of the secondary hardness maximum and 580 HV is the secondary hardness maximum of the tools made of H13 tool steel (hot-working steel, X40CrMoV5-1). During the experimental tests, the shoulder and probe exhibited varying wear and geometrical deviations. The investigations were carried out with a force-controlled robotized welding setup in which AA-6060 T66 sheets with a thickness of 8 mm were joined by weld seams up to a total length of 80 m.



https://doi.org/10.1177/14644207211073055
Pecanac, Milan; Labus Zlatanovic, Danka; Kulundzic, Nenad; Dramicanin, Miroslav; Lanc, Zorana; Hadzisteviâc, Miodrag; Radisic, Slobodan; Balos, Sebastian
Influence of tool and welding parameters on the risk of wormhole defect in aluminum magnesium alloy welded by bobbin tool FSW. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 12 (2022), 6, 969, S. 1-14

Bobbin tool friction stir welding (BTFSW) utilizes a special tool that possesses two shoulders interconnected by a pin instead of one: the top shoulder and the pin in the conventional FSW tool. This greatly simplifies the kinematics in the otherwise complicated setup of FSW since the bottom shoulder forms the bottom surface of the weld, without the need for a backing plate. Moreover, the tool enters the base metal sideways and travels, forming the joint in a straight line while rotating, without the need for downward and upward motion at the beginning and end of the process. This paper presents a study on the BTFSW tool geometry and parameters on the risk of wormhole defect formation in the AA5005 aluminum–magnesium alloy and the wormhole effect on mechanical properties. It was shown that higher stress imposed by the tool geometry on the joint has a significant influence on heating, an effect similar to the increased rotational speed. Optimal kinematic and geometrical tool properties are required to avoid wormhole defects. Although weld tensile strengths were lower (between ˜111 and 115 MPa) compared with a base metal (137 MPa), the ductile fracture was obtained. Furthermore, all welds had a higher impact strength (between ˜20.7 and 27.8 J) compared with the base material (˜18.5 J); it was found that the wormhole defect only marginally influences the mechanical properties of welds.



https://doi.org/10.3390/met12060969
Walther, Dominik; Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Junger, Christina; Bergmann, Jean Pierre; Notni, Gunther; Mäder, Patrick
Automatic detection and prediction of discontinuities in laser beam butt welding utilizing deep learning. - In: Journal of advanced joining processes, ISSN 2666-3309, Bd. 6 (2022), 100119, S. 1-11

Laser beam butt welding of thin sheets of high-alloy steel can be really challenging due to the formation of joint gaps, affecting weld seam quality. Industrial approaches rely on massive clamping systems to limit joint gap formation. However, those systems have to be adapted for each individually component geometry, making them very cost-intensive and leading to a limited flexibility. In contrast, jigless welding can be a high flexible alternative to substitute conventionally used clamping systems. Based on the collaboration of different actuators, motions systems or robots, the approach allows an almost free workpiece positioning. As a result, jigless welding gives the possibility for influencing the formation of the joint gap by realizing an active position control. However, the realization of an active position control requires an early and reliable error prediction to counteract the formation of joint gaps during laser beam welding. This paper proposes different approaches to predict the formation of joint gaps and gap induced weld discontinuities in terms of lack of fusion based on optical and tactile sensor data. Our approach achieves 97.4 % accuracy for video-based weld discontinuity detection and a mean absolute error of 0.02 mm to predict the formation of joint gaps based on tactile length measurements by using inductive probes.



https://doi.org/10.1016/j.jajp.2022.100119
Labus Zlatanovic, Danka; Bergmann, Jean Pierre; Balos, Sebastian; Gräzel, Michael; Pejic, Dragan; Sovilj, Platon; Goel, Saurav
Influence of rotational speed on the electrical and mechanical properties of the friction stir spot welded aluminium alloy sheets. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 66 (2022), 6, S. 1179-1190

An efficient and productive joining technique to weld aluminium has become a priority challenge for promoting the use of aluminium in the electrical industry. One of the challenges is to obtain welds with superior mechanical properties with the consistent quality of weld surface as well as low electrical resistance. In this paper, the influence of rotational speed during the friction stir spot welding of AA 5754-H111 was studied to analyse the mechanical and electrical properties of the welds. The results from two rotational speeds (1000 rpm and 4500 rpm) are presented and compared to the base material. It was observed that the samples welded at 1000 rpm showed a higher average shear failure load (˜ 1.1 kN) compared to the samples welded at 4500 rpm (˜ 0.94 kN). The microhardness of the samples welded at 1000 rpm was higher than that of the base material, while the microhardness of samples welded at 4500 rpm was lower. It was also found that the friction welded sheets, regardless of the rotational speed used, showed increased electrical resistance compared to the base material, albeit this increase for the samples welded at 1000 rpm was about 42%, compared to samples welded at 4500 rpm where this increase was just 14%.



https://doi.org/10.1007/s40194-022-01267-8
Mir, Amir; Luo, Xichun; Llavori, Iñigo; Roy, Anish; Labus Zlatanovic, Danka; Joshi, Shrikrishna N.; Goel, Saurav
Challenges and issues in continuum modelling of tribology, wear, cutting and other processes involving high-strain rate plastic deformation of metals. - In: Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, ISSN 1878-0180, Bd. 130 (2022), 105185, S. 1-24

Contribution of finite element method (FEM) as a modelling and simulation technique to represent complex tribological processes has improved our understanding about various biomaterials. This paper presents a review of the advances in the domain of finite element (FE) modelling for simulating tribology, wear, cutting and other processes involving high-strain rate plastic deformation of metals used in bio tribology and machining. Although the study is largely focused on material removal cases in metals, the modelling strategies can be applied to a wide range of other materials. This study discusses the development of friction models, meshing and remeshing strategies, and constitutive material models. The mesh-based and meshless formulations employed for bio tribological simulations with their advantages and limitations are also discussed. The output solution variables including scratch forces, local temperature, residual stresses are analyzed as a function of input variables.



https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2022.105185
Paffhausen, Michael;
Rührreibschweißen mit einem Industrieroboter unter Berücksichtigung der Einsatzkriterien für die automobile Großserienfertigung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 1 Online-Ressource (225 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 13)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Das Fügeverfahren "Rührreibschweißen" ermöglicht die Herstellung reproduzierbar hochwertiger Schweißverbindungen. Aufgrund der sehr hohen Prozesskräfte werden in der Produktion vorzugsweise Sonder- und Werkzeugmaschinen eingesetzt. In der automobilen Großserienfertigung wird jedoch der Einsatz von Standard-Industrierobotern für das Rührreibschweißen als kostengünstigere und flexiblere Alternative favorisiert. Im Rahmen der Arbeit werden die Leistungskenngrößen des Industrieroboters zunächst ohne Bearbeitungskräfte analysiert. In diesem Zusammenhang werden die Pose- und Bahn-Wiederholgenauigkeit des Industrieroboters an unterschiedlichen Referenzbahnen in der Ebene quantifiziert. Hier ist festzustellen, dass der Roboter den Genauigkeitsanforderungen des Schweißverfahrens genügt. Bei der Analyse der Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboterstruktur wird jedoch deutlich, dass die Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters durch die resultierenden Prozesskräfte beim Rührreib-schweißen signifikant beeinflusst wird; ohne ein "Nachteachen" oder eine Offline-Korrektur der programmierten Soll-Bahn werden die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung durch die mangelnde Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters negativ beeinflusst. Bei der Analyse kann nachgewiesen werden, dass die Abdrängung des Werkzeugs nicht nur von den resultierenden Prozesskräften abhängt, sondern auch signifikant durch die Richtung des Vektors der Bahngeschwindigkeit beim Bahnschweißen beeinflusst wird. Bei der Analyse der statischen und dynamischen Systemeigenschaften des Roboters wird gezeigt, dass die nichtlinearen Steifigkeiten der Roboterstruktur maßgeblich von den Gelenkstellungen und der Belastungsrichtung abhängen. Aus den Erkenntnissen der Systemanalyse wird eine modellbasierte Offline-Bahnkorrektur, die Nachgiebigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboter berücksichtigt, entwickelt.



https://doi.org/10.22032/dbt.51592
Schwarz, Elisabeth Birgit; Bleier, Fabian; Günter, Friedhelm; Mikut, Ralf; Bergmann, Jean Pierre
Improving process monitoring of ultrasonic metal welding using classical machine learning methods and process-informed time series evaluation. - In: Journal of manufacturing processes, Bd. 77 (2022), S. 54-62

Ultrasonic metal welding (USMW) is an industrially applied joining technology that is highly complex since the weld quality is influenced by numerous factors. The relationships between these factors and the quality remain partly unavailable resulting in a need for improvement in process monitoring and quality management. This work focuses on exploring the relationships between tensile shear strength (TSS) of Cu-sheet welds and process curves from welding machine and additional vibration sensors at sonotrode and anvil. Discovered relationships would enable an improved process monitoring, when valid for a broad parameter range. To ensure the latter, examinations are carried out on a central composite design of experiments (DoE) data set. For the whole data set as well as for single data points, the process curves are examined in detail comprising visualizations and discussions of revealed trends. These trends are related to process physics to clarify their relevance for the TSS. Based on physical process knowledge, more than 700 features are extracted from the curves. The extraction approach is not limited to the present setup and enables a quantitative evaluation of the relation between TSS and process curves. Most important features are derived from the generator power and the anvil vibration. Finally, linear regression as well as multi-layer perceptron regression are used to predict the TSS based on the most relevant features. Comparing the obtained regression results with the reference model, that is the polynomial regression model from standard DoE evaluation, a prediction improvement of nearly 50% is achieved. These results suggest the employed signals as a suited basis for an improved USMW process monitoring.



https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.02.057
Seibold, Marc; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Systematic adjustment of the joining time in pulsed laser beam welding of aluminum-copper joints by means of a closed-loop control. - In: Journal of advanced joining processes, ISSN 2666-3309, Bd. 5 (2022), 100104, S. 1-6

Electric mobility has become increasingly important in recent years. For this purpose, the use of copper is essential due to its electrical properties. In order to save weight and costs, copper is replaced by aluminum in many electrical conductors.In this paper, the required joining time for pulsed laser beam welding of aluminum-copper joints is investigated to minimize the mixing of both materials. By using an external controller and photodiodes, it was possible to develop a real-time pulse control laser welding process based on process emissions. The spectral emission was used to detect when the lower joining partner is reached during the deep welding process. The control enables the adjustment of different joining times, on the one hand by a signal drop of the spectral emission, on the other hand by a specific time. The laser pulse was terminated between 500 - 800 [my]s after reaching this event. This led to differences in process conditions, resulting in significant changes in mechanical properties. In this way, a decisive influence was exerted on the resulting joining zone. The interaction duration and the work piece transition are of primary interest. By comparing the results with high-speed recordings in the half-section set-up, the resulting mechanisms can be identified. It could be shown that the breakup time have an high impact for the shear tensile force and the welding depth. A Change in the breakup time of 40 [my]s could lead to high changes in the tensile shear force.



https://doi.org/10.1016/j.jajp.2022.100104
Gester, Andreas; Wagner, Guntram; Pöthig, Pascal; Bergmann, Jean Pierre; Fritzsche, Marco
Analysis of the oscillation behavior during ultrasonic welding of EN AW-1070 wire strands and EN CW004A terminals. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 66 (2022), 3, S. 567-576

For fulfilling the demand of durable yet lightweight electrical connections in transportation industries, ultrasonic metal welding (USMW) sees widespread use in these branches. As the ultrasound oscillations utilized in the welding procedure occur at a range of only a few micrometers at frequencies of 20-100 kHz for an overall duration of only 50-1500 ms, it is not possible to observe the compaction behavior with the bare eye. This paper focusses on investigating the oscillation behavior of the horn, the anvil, and the joining partners during the welding procedure by utilizing an array of synchronized laser vibrometers and performing welds with incrementing time stages. The oscillation data is correlated with temperature measurements in the welding zone as well as tensile testing results. Inter alia the formation of sidebands at the fundamental frequency as well as 2nd- and 3rd-order harmonics has been observed for the anvil, terminal, and wire front face when exceeding optimal weld time which would lead to maximum joint strength. Following the assumption of other research groups, the cause of these sidebands could be a change in relative motion of these components. As the terminal is slipping with increasing weld time, it could be assumed that the reason for the sidebands is low-frequency movement of the anvil, modulated onto the fundamental frequency, additionally indicating successful bonding of the stranded wire and the terminal. Furthermore, this slipping of the terminal on the anvil could lead to increased wear of the anvil knurls.



https://doi.org/10.1007/s40194-021-01222-z
Reimche, Maxim; Geißhirt, M.; Berghof, Steffen; Bergmann, Jean Pierre
Innovative methodology to determine process costs for manufacturing within production networks. - In: Production at the leading edge of technology, (2022), S. 656-665

Companies that manufacture their own products and also provide after-market service are common and usually involve in-house manufacturing and assembly. The limited capacity of in-house resources and the requirement to meet delivery deadlines forces companies to deviate from the cost-optimal production strategy and to produce quantities according to demand instead of optimal lot sizes. A selective increase in the capacity of heavily utilized resources, e.g. by additional capacity of platforms or participation in peer-to-peer networks, enables companies to make savings on setup costs by producing selected articles in optimal load sizes. Such savings can be used to price third-party capacity. This paper presents a new method for pricing the procurement of capacity in a peer-to-peer network and demonstrates it on an industrial example.



Kraus, Matthias; Winkler, Paul; Hammer, Stefan; Reimann, Jan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Geometric imperfections of additive manufactured members. - In: Engineering structures, ISSN 0141-0296, Bd. 252 (2022), 113596

Challenges in civil engineering and construction industries increase, and simultaneously it is necessary to provide a sustainable utilization of resources. Optimising material applications and manufacturing processes is therefore essential for modern constructions. Highly optimised structural components are already in use in lightweight constructions as well as in aircraft and vehicle industries. In the course of digitisation, new possibilities have evolved in recent years for producing individual and optimized solutions with regard to the consumption of materials, especially in construction industries. Methods of generative or additive manufacturing are employed to develop various prototypes of structural components. In this context, Wire-Arc-Additive-Manufacturing (WAAM) is a promising method for steel structures. However, it remains to be investigated to what extent dimensional accuracy, surface finish, weld quality and repeated thermal influences from the build-up process affect the structural behaviour of corresponding members. This paper deals with the geometric imperfections of corresponding additively manufactured profiles and exemplifies their influence on the bearing capacity.



https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113596
Fröhlich, Fabian; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Production of individual structures from silicate materials using Wire-Laser Additive Manufacturing :
Herstellung individueller Strukturen aus silikatischen Werkstoffen mittels Wire-Laser Additive Manufacturing. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 4 (2021), 1, S. 181-191

Die vorliegende Studie zeigt Grundzüge eines Verfahrens, welches Potentiale zum Ausgleich der Defizite bisheriger additiver Verfahren bezüglich Maßhaltigkeit, Homogenität und Transparenz der Struktur aufweist. Silikatische Gläser werden durch eine CO2-Laserquelle aufgeschmolzen. Ein Dreiachssystem defokussiert den Laserstrahl, um die Intensitäten zum Aufschmelzen unterschiedlicher silikatischer Gläser einzustellen und die Bewegung von Druckstufe und Substrat zu realisieren. Die flexible Zuführung des Zusatzwerkstoffes ermöglicht die kontinuierliche Anpassung des Aufbauprozesses und die Möglichkeit der Geometrieänderung. Erste Versuche verdeutlichen, dass dieser Prozess eine Alternative zu den bisher angewendeten Verfahren darstellt. Production of individual structures from silicate materials using Wire-Laser Additive Manufacturing. This study shows the main features of a method, which has the potential to compensate for the deficits of previous additive methods in terms of dimensional accuracy, homogeneity and transparency of the structure. Silicate glasses are melted by a CO2-laser source. A three-axis system defocuses the laser beam to adjust the intensities for melting different silicate glasses and to realize the movement of pressure stage and substrate. The flexible feeding of the filler material allows the continuous adaptation of the build-up process and the possibility of changing the geometry. Initial tests have shown that this process is an alternative to the methods previously used.



https://doi.org/10.1002/cepa.1252
Bergmann, Jean Pierre;
Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Ilmenau : Schlussbericht : Laufzeit des Vorhabens: 1.10.2016-30.09.2021. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Fertigungstechnik. - 1 Online-Ressource (35 Seiten, 688,74 KB)Förderkennzeichen BMWK 01MF16005A-E

https://doi.org/10.2314/KXP:1851476075
Kästner, Christian; Neugebauer, Matthias; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Increasing the productivity of pulsed laser cladding of hot-crack susceptile nickel-base superalloys by decoupling the heat components :
Steigerung der Produktivität beim gepulsten Laserstrahlauftragschweißen heißrissanfälliger Nickelbasis-Superlegierungen durch Entkopplung der Wärmeanteile. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 73 (2021), 7, S. 436-442

Das gepulste Laserstrahlauftragschweißen mit drahtförmigem Zusatzwerkstoff ist eine Möglichkeit zur Verarbeitung von hochfesten γ‘-ausscheidungshärtenden Nickelbasis-Superlegierungen. Es ermöglicht eine heißrissarme Reparatur von artgleichen Werkstoffpaarungen durch werkstoffangepasste Pulsformen. Die begrenzte mittlere Leistung gepulster Laserstrahlquellen schränkt jedoch die Auftragrate und damit die Produktivität des Schweißprozesses ein. Durch die Entkopplung von Wärmeanteilen, das heißt unter Anwendung der Heißdrahttechnik und Vorwärmung des Grundwerkstoffs, wird der Laserstrahlschweißprozess unterstützt und die zum Aufschmelzen von Grund- und Zusatzwerkstoff benötigte Energie nicht ausschließlich durch den Laserstrahl eingetragen, wodurch die Schweißgeschwindigkeit bzw. die Abschmelzleistung des Verfahrens erhöht werden kann.



Girkes, Florian; Berghof, Steffen; Bergmann, Jean Pierre
Case-based reasoning for cost and capacity demand planning of new products in the early phase of product development :
Case-Based Reasoning zur Kosten- und Kapazitätsbedarfsplanung von neuen Produkten : in der frühen Phase der Produktentwicklung. - In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, ISSN 2511-0896, Bd. 116 (2021), 9, S. 569-572

Zur Verkürzung der Zeitspanne zwischen der Entwicklung bis zur Auslieferung von neuen Produkten wird am Fachgebiet Fertigungstechnik der TU Ilmenau eine Methode entwickelt, mit der bereits in der Entwicklungsphase Kapazitäten für die Produktion reserviert und die Kostenkalkulation angegangen werden können, damit Unternehmen ihre Liefertermine einhalten und Kosten senken können. Grundlage dieser Methode bilden Typenvertreter, die durch Ähnlichkeiten zu bereits umgesetzten Produkten durch Verfahren des maschinellen Lernens abgeleitet und verbessert werden.



https://doi.org/10.1515/zwf-2021-0144
Pöthig, Pascal; Gester, Andreas; Roder, Kristina; Wagner, Guntram; Bergmann, Jean Pierre
Erarbeitung von Bewertungsstrategien für das Ultraschallschweißen von Aluminium-Litzen und Kupfer-Kontaktteilen. - In: Werkstoffe in der Fertigung, ISSN 0939-2629, (2021), 5, S. 34-35

Der vorgestellte Beitrag beschäftigt sich mit der Untersuchung von geeigneten Bewertungskriterien beim Ultraschallschweißen von Aluminium-Litzen und Kupfer-Kontaktteilen. Der Fokus lag hierbei auf dem Erzeugen verschiedener Kompaktierungszustände durch die Variation der Schweißkraft sowie dessen Auswirkungen auf die Trennkraft und den elektrischen Widerstand. Es konnte gezeigt werden, dass sehr gute Anbindungseigenschaften erzielt werden können, jedoch eine zu geringe bzw. zu starke Kompaktierung nicht geeignet ist. Eine zu geringe Kompaktierung äußert sich in einer unzureichenden Anbindung des Kabels an den Ableiter, während eine zu starke Kompaktierung zum Abtrennen von einzelnen Litzen sowie zu Rissen und dem Bilden von Trennebenen führt. Beides resultiert in verringerten mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Somit lassen sich die besten Verbindungeigenschaften für die betrachtete Materialkombination in einem Zwischenbereich (FS = 1170 N - 1340 N) erzielen, was mit den vorgestellten Bewertungskriterien ermittelt werden kann.



Kästner, Christian; Neugebauer, Matthias; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Increasing productivity of pulsed laser cladding of hot crack susceptible nickel-base superalloys by decoupling heat components. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 20 (2021), 3, S. 236-242

Wire-assisted pulsed laser beam welding is one option for processing high-strength γ'-precipitation hardening nickel-base superalloys. It facilitates crack-reduced repair of similar material pairings through material-adapted pulse shapes. The limited average power output of pulsed laser beam sources confines the deposition rate and thus the productivity of the welding process. The decoupling of heat sources, i. e. the application of the hot-wire technology and base material preheating, may increase the deposition rate since the energy for melting base and filler material is not solely provided by the laser beam source.



Köhler, Tobias; Kleinhenz, Ludwig; Schäfer, Philipp Matthias; Bergmann, Jean Pierre; Peters, Diana
Development of a methodology for the digital representation of manufacturing technology capabilities. - In: Conference on Production Systems and Logistics, (2021), S. 478-488

The demand for efficient and digital systems for supporting the decision making during the design of a product is a key issue in manufacturing companies. Decisions made during the development and design of a product have a strong impact on the costs and delivery times of a product. Hence, a digital system which supports the engineer during and after the development process with information about the manufacturability of the product can reduce the production costs and times. In order to be able to evaluate the manufacturing capabilities at manufacturing process and machine level, there is a need to represent them in a digital way. Digital knowledge bases like taxonomies and ontologies provide the possibility for a representation of manufacturing resources. The state of the art shows different approaches for the use of ontologies in the domain of subtractive manufacturing processes as well as additive manufacturing (AM) processes. The goal of this work is the semantical representation of manufacturing technology capabilities with focus on AMmachines and processes. In this paper we introduce taxonomies of Manufacturing Features and Manufacturing Restrictions which were developed in accordance with current standards. To enrich the taxonomies with information, it was enhanced by relations between different manufacturing related entities in a knowledge graph. If manufacturing processes and machines can be digitally mapped, described and linked to the geometric information of a product together with information on the current performance of the company/network, bottlenecks and delivery delays during the manufacturing of parts can be avoided.



https://doi.org/10.15488/11259
Hasieber, Michael; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Characterization and analysis of effective wear mechanisms on FSW tools. - In: Friction stir welding and processing XI, (2021), S. 21-34

This study systematically analyzes effective wear mechanisms at the shoulder and probe, separately for plunging and welding. The investigations were carried out with a robotic welding setup in which AA-6060 T66 sheets with a thickness of 8 mm were joined by weld seam lengths of up to 80 m. To compare and differentiate the wear mechanisms between plunging and welding, repeated plunging cycles were initially investigated without tool movement. Subsequent experiments consider welding as well, whereby adhesion, abrasion, surface fatigue, and tribochemical reactions which were characterized for various weld seam lengths. During welding of the AA-6060 T66 sheets, the tool material 1.2344 (X40CrMoV5-1) exhibited abrasive wear that occurred due to self-damaging of the FSW tool. The wear analysis showed that no significant wear occurred during the plunging stage.



Hammer, Stefan; Rasche, Stefan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Spiegler, Jennifer; Kuhlmann, Ulrike; Mückenheim, Uwe; Keitel, Steffen
Load-bearing capacity of butt welded joints of high-strength steels in steel construction :
Tragfähigkeit von Stumpfnahtverbindungen höherfester Stähle im Stahlbau. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 73 (2021), 10, S. 710-717

Höherfeste Stähle erlauben hohe Beanspruchungen, insbesondere im Zugbereich, in Konstruktionen aufzunehmen und führen zur Reduzierung tragender Querschnitte, zur Verringerung des Materialverbrauchs und der Herstellungskosten. Da die Bemessungsregeln für Verbindungen ausschließlich auf Konzepten beruhen, die für normalfeste Stähle bis fy,k = 360 N/mm^2 entwickelt wurden, können die Vorteile höherfester Stähle nicht voll ausgenutzt werden. Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben hat durchgeschweißte Stumpfnähte von höherfesten Stählen untersucht. Es wurden Empfehlungen für eine effiziente Schweißnahtvorbereitung beim Metallschutzgasschweißen (MSG) der Stumpfnähte höherfester Stähle sowie für eine Optimierung des Energieeintrags entwickelt. Die Reduzierung des Energieeintrags wirkt einer Gefügeausbildung entgegen, die die statische Tragfähigkeit vermindert. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können von neuen Regeln zur Nahtbemessung profitieren, die den Einfluss des Schweißprozesses und des Schweißzusatzwerkstoffs auf die Tragfähigkeit der Stumpfnähte erfassen und die Regeln nach EN 1993-1-8 vorteilhaft ergänzen können.



Sarcev, Branislava Petronijevic; Labus Zlatanovic, Danka; Hadnadjev, Miroslav; Pilic, Branka; Sarcev, Ivan; Markovic, Dubravka; Balos, Sebastian
Mechanical and rheological properties of flowable resin composites modified with low addition of hydrophilic and hydrophobic TiO2 nanoparticles. - In: Materiale plastice, ISSN 2537-5741, Bd. 58 (2021), 2, S. 80-90

The aim of this work was to find the influence of the addition of low amount of hydrophilic and hydrophobic TiO2 nanoparticles on compressive strength, microhardness and rheological properties of flowable dental composite material. Specimens were prepared by adding 0.05; 0.2 and 1 wt. % of hydrophilic and hydrophobic 20 nm TiO2 nanoparticles. These specimens were compared to non-modified control specimens in compressive strength and microhardness. Furthermore, their rheological properties were determined. The optimal nanoparticle loading was 0.2 % hydrophobic TiO2, resulting in significantly higher compressive strength and microhardness than those of the control specimen group. Mechanical properties of flowable composites reinforced with hydrophilic and hydrophobic TiO2 at higher loadings are lower than those of control specimens, which is the result of nanoparticle agglomeration. TiO2 nanoparticles addition resulted in the decrease in viscosity in all specimens except for the specimewn with 1% hydrophilic TiO2 nanoparticles. In accordance to the obtained results, hydrophobic nanoparticle addition results in a more resistant and durable material, combined with an increased flowability compared to a non-modified composite.



https://doi.org/10.37358/MP.21.2.5480
Tchouaha Tankoua, Aristide; Köhler, Tobias; Bergmann, Jean Pierre; Grätzel, Michael; Betz, Philip; Lindenau, Dirk
Tool downscaling effects on the friction stir spot welding process and properties of current-carrying welded aluminum-copper joints for E-Mobility applications. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 11 (2021), 12, 1949, S. 1-20

According to the technical breakthrough towards E-Mobility, current-carrying dissimilar joints between aluminum and copper are gaining an increasing relevance for the automotive industry and thus, coming into focus of many research activities. The joining of dissimilar material in general is well known to be a challenging task. Furthermore, the current-carrying joining components in E-Drive consist of pure aluminum and copper materials with relatively thin sheet thickness, which are thermally and mechanically very sensitive, as well as highly heat and electrically conductive. This results in additional challenges for the joining process. Due to their properties, friction stir welding and especially fiction stir spot welding (FSSW) using pinless tools - i.e., as hybrid friction diffusion bonding process (HFDB) is more and more attractive for new application fields and particularly promising for aluminum-copper joining tasks in E-Mobility. However, the feasibility is restricted because of the relatively high process forces required during friction stir welding. Thus, to fulfill the high process and quality requirements in this above-mentioned application field, further research and process development towards process force reduction are necessary. This work deals with the application of the tool downscaling strategy as a mean of process force reduction in FSSW of thin aluminum and copper sheets for current-carrying applications in E-Mobility, where the components are very sensitive to high mechanical loads. The tool downscaling approach enables constant weld quality in similar process time of about 0.5 s despite reduced process forces and torques. By reducing the tool diameter from 10 mm to 6 mm, the process force could be reduced by 36% and the torque by over 50%. Furthermore, a similar heat propagation behavior in the component is observable. These results provide a good basis for the joining of E-Drive components with thermal and mechanical sensitive sheet materials using the pinless FSSW process.



https://doi.org/10.3390/met11121949
Regensburg, Anna;
Hybrid Friction Eutectic Bonding (HFEB) - stoffschlüssiges Fügen von Aluminium und Kupfer unter Nutzung der eutektischen Reaktion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (X, 177 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 12)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Ansätze des werkstofflichen Leichtbaus mit dem Ziel der Gewichts- und Ressourcenoptimierung in elektrischen Verbindungen haben das Fügen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen zu einem stark verfolgten Forschungsschwerpunkt der letzten Jahre gemacht. Im Rahmen von Elektromobilität sowie allgemeiner Erhöhung von Komfort- und Sicherheitsstandards ergeben sich hierfür hohe Herausforderungen an die einzusetzenden Fügetechnologien. Der Zielzustand für elektrische Verbindungen besteht in großflächigen, duktilen Verbindungen mit geringem Kontaktwiderstand. Je nach Verfahren werden diese Ziele jedoch durch die Bildung spröder, intermetallischer Phasen oder erhöhte Grenzflächen- und Bauteilverformung nur zum Teil erreicht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezielt die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen Aluminium und Kupfer genutzt, um den Lösungsraum zwischen Press- und Schmelzschweißverfahren zu nutzen. Während der Initialkontakt der Grenzflächen durch Fügedruck während des Rührreibpunktschweißens beschleunigt wird, findet die Vergrößerung und Benetzung der Fügefläche durch die Bildung einer eutektischen Schmelze statt. Diese bildet sich zwischen den Grundwerkstoffen, ohne dass diese in die flüssige Phase übergehen. In Abhängigkeit der Prozessführung kann der Pressschweißprozess hier erneut genutzt werden, um die Schmelze aus der Fügezone zu verdrängen. Somit kann das Erstarrungsverhalten gezielt beeinflusst werden, während sich weitere Vorteile durch den Abtransport von Einschlüssen und Verunreinigungen ergeben. Durch eine angepasste Prozessführung können vollflächige Anbindungen in kurzer Prozesszeit von weniger als 0,5 s erzielt werden. Die Bildung weiterer Sprödphasen außerhalb des eutektischen Systems wird durch die Limitierung der Spitzentemperatur und des Energieeintrags verhindert. Zusätzlich kann die Schmelzebildung als Reduzierung des Materialwiderstands während des kraftgeregelten Prozesses detektiert und diese für weitere Prozessansätze genutzt werden. Weitere Optimierungsansätze zeigen sich beim Übertrag auf weitere Pressschweißverfahren und Bauteilgeometrien.



https://doi.org/10.22032/dbt.50162
Schulz, Alexander; Bartsch, Heike; Gutzeit, Nam; Matthes, Sebastian; Glaser, Marcus; Ruh, Andreas; Müller, Jens; Schaaf, Peter; Bergmann, Jean Pierre; Wiese, Steffen
Characterization of reactive multilayer systems deposited on LTCC featuring different surface morphologies. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 506-510

Baloochi, Mostafa; Shekhawat, Deepshikha; Riegler, Sascha Sebastian; Matthes, Sebastian; Glaser, Marcus; Schaaf, Peter; Bergmann, Jean Pierre; Gallino, Isabella; Pezoldt, Jörg
Influence of initial temperature and convective heat loss on the self-propagating reaction in Al/Ni multilayer foils. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 14 (2021), 24, 7815, insges. 15 S.

A two-dimensional numerical model for self-propagating reactions in Al/Ni multilayer foils was developed. It was used to study thermal properties, convective heat loss, and the effect of initial temperature on the self-propagating reaction in Al/Ni multilayer foils. For model adjustments by experimental results, these Al/Ni multilayer foils were fabricated by the magnetron sputtering technique with a 1:1 atomic ratio. Heat of reaction of the fabricated foils was determined employing Differential Scanning Calorimetry (DSC). Self-propagating reaction was initiated by an electrical spark on the surface of the foils. The movement of the reaction front was recorded with a high-speed camera. Activation energy is fitted with these velocity data from the high-speed camera to adjust the numerical model. Calculated reaction front temperature of the self-propagating reaction was compared with the temperature obtained by time-resolved pyrometer measurements. X-ray diffraction results confirmed that all reactants reacted and formed a B2 NiAl phase. Finally, it is predicted that (1) increasing thermal conductivity of the final product increases the reaction front velocity; (2) effect of heat convection losses on reaction characteristics is insignificant, e.g., the foils can maintain their characteristics in water; and (3) with increasing initial temperature of the foils, the reaction front velocity and the reaction temperature increased.



https://doi.org/10.3390/ma14247815
Schricker, Klaus; Baumann, Andreas; Bergmann, Jean Pierre
Local shielding gas supply in remote laser beam welding. - In: Journal of manufacturing and materials processing, ISSN 2504-4494, Bd. 5 (2021), 4, 139, insges. 19 S.

The use of shielding gases in laser beam welding is of particular interest for materials interacting with ambient oxygen, e.g., copper, titanium or high-alloy steels. These materials are often processed by remote laser beam welding where short welds (e.g., up to 40 mm seam length) are commonly used. Such setups prevent gas nozzles from being carried along on the optics due to the scanner application and a small area needs to be served locally with inert gas. The article provides systematic investigations into the interaction of laser beam processes and parameters of inert gas supply based on a modular flat jet nozzle. Based on the characterization of the developed nozzle by means of high-speed Schlieren imaging and constant temperature anemometry, investigations with heat conduction welding and deep penetration welding were performed. Bead-on-plate welds were carried out on stainless steel AISI 304 for this purpose using a disc laser and a remote welding system. Argon was used as shielding gas. The interaction between Reynolds number, geometrical parameters and welding/flow direction was considered. The findings were proved by transferring the results to a complex weld seam geometry (C-shape).



https://doi.org/10.3390/jmmp5040139
Rohe, Maximilian; Stoll, Benedict Niklas; Hildebrand, Jörg; Reimann, Jan; Bergmann, Jean Pierre
Detecting process anomalies in the GMAW process by acoustic sensing with a convolutional neural network (CNN) for classification. - In: Journal of manufacturing and materials processing, ISSN 2504-4494, Bd. 5 (2021), 4, 135, insges. 14 S.

Today, the quality of welded seams is often examined off-line with either destructive or non-destructive testing. These test procedures are time-consuming and therefore costly. This is especially true if the welds are not welded accurately due to process anomalies. In manual welding, experienced welders are able to detect process anomalies by listening to the sound of the welding process. In this paper, an approach to transfer the “hearing” of an experienced welder into an automated testing process is presented. An acoustic measuring device for recording audible sound is installed for this purpose on a fully automated welding fixture. The processing of the sound information by means of machine learning methods enables in-line process control. Existing research results until now show that the arc is the main sound source. However, both the outflow of the shielding gas and the wire feed emit sound information. Other investigations describe welding irregularities by evaluating and assessing existing sound recordings. Descriptive analysis was performed to find a connection between certain sound patterns and welding irregularities. Recent contributions have used machine learning to identify the degree of welding penetration. The basic assumption of the presented investigations is that process anomalies are the cause of welding irregularities. The focus was on detecting deviating shielding gas flow rates based on audio recordings, processed by a convolutional neural network (CNN). After adjusting the hyperparameters of the CNN it was capable of distinguishing between different flow rates of shielding gas.



https://doi.org/10.3390/jmmp5040135
Petronijevic Sarcev, Branislava; Balos, Sebastian; Markovic, Dubravka; Sarcev, Ivan; Vukcevic, Marija; Labus Zlatanovic, Danka; Miletic, Vesna
Effect of the degree of conversion on mechanical properties and monomer elution from self-, dual- and light-cured core composites. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 14 (2021), 19, 5642, insges. 14 S.

The objective of this work was to measure and correlate the degree of conversion (DC), mechanical properties and monomer elution from self-, dual- and light-cured core composites. Five samples of each of the following materials were prepared for each test: Clearfil (Core, Photo Core, Automix), Bisco (Core-Flo, Light-Core and Bis-Core). DC was determined using FTIR, compressive and flexural strength and modulus of elasticity using a universal testing machine and microhardness using Vickers hardness. Elution was measured using HPLC. One-way ANOVA with Tukey’s post-test and Pearson's correlation were used to statistically analyze the data. DC of Clearfil-Dual (70.1%) and Clerafil-Photo (66.8%) were higher than Clearfil-Self (55.4%) and all Bisco materials (51.4-55.3%). Flexural strength of Clearfilwas higher than that of Bisco composites. The Microhardness of Clearfil-Dual (119.8VHN) and Clearfil-Photo (118.0VHN) were higher compared to other materials. The greatest elution was detected from self-cured materials. DC positively correlated to microhardness and compressive/flexural strength and negatively to BisGMA elution. Clearfil-Photo and Automix showed higher conversion, lower monomer elution and, generally, better mechanical properties. Self-cured composites should not be recommended for routine clinical use as their performance was inferior to dual- and light-cured composites. Microhardness may be used as an indicator of elution.



https://doi.org/10.3390/ma14195642
Bergmann, Jean Pierre; Köhler, Tobias; Pöthig, Pascal
Ultrasonic welding. - In: Advanced joining processes

This chapter gives an overview of ultrasonic welding, especially ultrasonic metal welding. The principles of ultrasonics are briefly described following by the assembly of an ultrasonic metal device with functions of the individual components as well as a survey about typical joint configurations and materials. Further, current challenges and applications in ultrasonic welding are summarized. Namely hybrid joints, the broad field of aluminum to copper welding and simulation and modeling approaches are depicted. Concluding, a short summery is given as well as perspectives of how ultrasonic welding could develop in the future.



Alam, Shahidul; Nádaždy, Vojtech; Váry, Tomáš; Friebe, Christian; Meitzner, Rico; Ahner, Johannes; Anand, Aman; Karuthedath, Safakath; Castro, Catherine S. P. De; Göhler, Clemens; Dietz, Stefanie; Cann, Jonathan; Kästner, Christian; Konkin, Alexander; Beenken, Wichard J. D.; Anton, Arthur Markus; Ulbricht, Christoph; Sperlich, Andreas; Hager, Martin; Ritter, Uwe; Kremer, Friedrich; Brüggemann, Oliver; Schubert, Ulrich Sigmar; Ayuk Mbi Egbe, Daniel; Welch, Gregory C.; Dyakonov, Vladimir; Deibel, Carsten; Laquai, Frédéric; Hoppe, Harald
Uphill and downhill charge generation from charge transfer to charge separated states in organic solar cells. - In: Journal of materials chemistry, ISSN 2050-7534, Bd. 9 (2021), 40, S. 14463-14489

It is common knowledge that molecular energy level offsets of a type II heterojunction formed at the donor-acceptor interface are considered to be the driving force for photoinduced charge transfer in organic solar cells. Usually, these offsets - present between molecular energy levels of the donor and acceptor - are obtained via cyclic voltammetry (CV) measurements of organic semiconductors cast in a film or dissolved in solution. Simply transferring such determined energy levels from solution or film of single materials to blend films may be obviously limited and not be possible in full generality. Herein, we report various cases of material combinations in which novel non-fullerene acceptors did not yield successful charge transfer, although energy levels obtained by CV on constituting single materials indicate a type II heterojunction. Whilst the integer charge transfer (ICT) model provides one explanation for a relative rise of molecular energy levels of acceptors, further details and other cases have not been studied so far in great detail. By applying energy-resolved electrochemical impedance spectroscopy (ER-EIS) on several donor-acceptor combinations, a Fano-like resonance feature associated with a distinctive molecular energy level of the acceptor as well as various relative molecular energy level shifts of different kinds could be observed. By analyzing ER-EIS and absorption spectra, not only the exciton binding energy within single materials could be determined, but also the commonly unknown binding energy of the CT state with regard to the joint density of states (jDOS) of the effective semiconductor. The latter is defined by transitions between the highest occupied molecular orbitals (HOMO) of the donor and the lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO) of the acceptor. Using this technique among others, we identified cases in which charge generation may occur either via uphill or by downhill processes between the charge transfer exciton and the electronic gap of the effective semiconductor. Exceptionally high CT-exciton binding energies and thus low charge generation yields were obtained for a case in which the donor and acceptor yielded a too intimate blend morphology, indicating π-π stacking as a potential cause for unfavorable molecular energy level alignment.



https://doi.org/10.1039/D1TC02351A
Manzke, Sebastian; Trautmann, Marcus; Spaniol, Erik; Füssel, Uwe; Gierth, Maximilian; Reimann, Jan; Bergmann, Jean Pierre
Numerische Berechnung und Optimierung einer WAAM-Gaskühlung. - In: DVS Congress 2021, (2021), S. 308-314

Grätzel, Michael; Hasieber, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Weigl, Markus
Einfluss der Eindringtiefe auf Prozess- und Verbindungseigenschaften von Rührreibschweißverbindungen in der Elektromobilität. - In: DVS Congress 2021, (2021), S. 217-224

Wagner, R.; Siewert, Erwan; Schein, Jochen; Hussary, Nakhleh; Eichler, Stefan; Fehrenbach, L.; Pfreuntner, M.
Einfluss von Schutzgas auf die Emissionen beim Lichtbogenschweißen. - In: DVS Congress 2021, (2021), S. 141-148

Grätzel, Michael; Sieber, Felix; Schick-Witte, Konstantin; Bergmann, Jean Pierre
Advances in friction stir welding by separate control of shoulder and probe. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 65 (2021), 10, S. 1931-1941

Friction stir welding (FSW) has developed into a reliable and increasing used industrial joining technology. Various tool configurations can be used for FSW, each of which has advantages and challenges. State-of-the-art FSW employs various tool configurations, including the conventional, the stationary shoulder, and the dual-rotational configuration which is characterized by separate control of shoulder and probe. In this study, an innovative method to combine various tool configurations was developed by a novel FSW spindle stack construction. With an additional servomotor, existing FSW systems can be extended by separate control of shoulder and probe so that varying rotational speeds and rotational directions can be set. This allows enhanced possibilities (a) to adjust frictional heat generation and (b) to apply several tool configurations. The main advantages of this enhanced type of FSW are demonstrated in three ways: increased weld penetration depth, reduction of undesirable machine vibrations, and the combination of varying tool configurations such as stationary shoulder and conventional FSW. The investigations were carried out with 2-mm EN AA 5754 H22 sheets and performed on a robotized FSW setup.



https://doi.org/10.1007/s40194-021-01136-w
Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
Experimental approach to determine the impact of the droplet transfer mode on the degradation of fused tungsten carbides during GMAW. - In: International journal of refractory metals & hard materials, ISSN 0263-4368, Bd. 101 (2021), 105692

The application of fused tungsten carbides (FTCs) in nickel-based alloys is important for improving the wear resistance of tooling equipment in the mining industry. However, FTCs are thermally unstable and will dilute under excessive energy input during welding. The parameters affecting dilution in this context are diverse and not yet completely understood. To date, the existing scientific literature focuses on the impact of the melt bead characteristics to explain the degradation during gas metal arc welding (GMAW). The degradation-promoting influence of the droplet transfer mode has not yet been considered. A methodology was developed to experimentally quantify the dependence of the degradation kinetics of FTCs on the droplet transfer mode. The established experimental model demonstrated that the globular transfer mode leads to increased degradation of FTCs in comparison to that of the short-arc mode, which can be attributed to the higher process power and hence higher droplet temperature. In this context, the quantifiable impact of the droplet transfer mode was determined.



https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105692
Reimann, Jan; Hammer, Stefan; Henckell, Philipp; Rohe, Maximilian; Ali, Yarop; Rauch, Alexander; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Directed energy deposition-arc (DED-Arc) and numerical welding simulation as a hybrid data source for future machine learning applications. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 11 (2021), 15, 7075, S. 1-16

This research presents a hybrid approach to generate sample data for future machine learning applications for the prediction of mechanical properties in directed energy deposition-arc (DED-Arc) using the GMAW process. DED-Arc is an additive manufacturing process which offers a cost-effective way to generate 3D metal parts, due to its high deposition rate of up to 8 kg/h. The mechanical properties additively manufactured wall structures made of the filler material G4Si1 (ER70 S-6) are shown in dependency of the t8/5 cooling time. The numerical simulation is used to link the process parameters and geometrical features to a specific t8/5 cooling time. With an input of average welding power, welding speed and geometrical features such as wall thickness, layer height and heat source size a specific temperature field can be calculated for each iteration in the simulated welding process. This novel approach allows to generate large, artificial data sets as training data for machine learning methods by combining experimental results to generate a regression equation based on the experimentally measured t8/5 cooling time. Therefore, using the regression equations in combination with numerically calculated t8/5 cooling times an accurate prediction of the mechanical properties was possible in this research with an error of only 2.6%. Thus, a small set of experimentally generated data set allows to achieve regression equations which enable a precise prediction of mechanical properties. Moreover, the validated numerical welding simulation model was suitable to achieve an accurate calculation of the t8/5 cooling time, with an error of only 0.3%.



https://doi.org/10.3390/app11157075
Reimann, Jan; Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Hammer, Stefan; Rauch, Alexander; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Production of topology-optimised structural nodes using arc-based, additive manufacturing with GMAW welding process. - In: Journal of civil engineering and construction, ISSN 2051-7777, Bd. 10 (2021), 2, S. 101-107

The desire to generate a stress optimised structural node with maximum stability is often coupled with the goal of low manufacturing costs and an adapted and minimal use of material. The complex, three-dimensional free-form structures, which are created by means of topology-optimisation, are only partially suitable for conventional manufacturing. The wire arc additive manufacturing (WAAM), by means of arc welding processes, offer a cost-effective and flexible possibility for the individual production of complex, metallic components. Gas metal arc welding (GMAW) is particularly suitable to produce large-volume, load-bearing structures due to build-up rates of up to 5 kg/h. The generation of strength and stiffness adapted support structures by means of the numerical simulation method of topology-optimisation was investigated in this study to generate topology-optimised structural nodes. The resulting node is transferred into a robot path using CAD/CAM software and manufactured from the filler material G4Si1 using WAAM with the GMAW process. Based on the boundary conditions of the WAAM process, the path planning and thus the manufacturability of the topology-optimised supporting structure nodes is evaluated and verified using a sample structure made of the welding filler material G4Si1. Depending on the path planning, an improvement of the mechanical properties could be achieved, due to changes in t8/5 times.



https://doi.org/10.32732/jcec.2021.10.2.101
Schmidt, Leander; Junger, Christina; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Notni, Gunther
Echtzeitfähige Ansätze zum Monitoring der dehnungsfeldbasierten Spaltentstehung und resultierender Nahtqualität beim Laserstrahlschweißen. - In: Innovative Verfahren der Lasermaterialbearbeitung, (2021), S. 44-55

Seibold, Marc; Friedmann, Hannes; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Regelstrategien für die Echtzeit-Leistungsregelung beim gepulsten Laserstrahlschweißen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen. - In: Innovative Verfahren der Lasermaterialbearbeitung, (2021), S. 33-42

Balos, Sebastian; Howard, Daniel; Brezulianu, Adrian; Labus Zlatanovic, Danka
Perforated plate for ballistic protection - a review. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 11 (2021), 4, 526, insges. 18 S.

In recent years, the interest of the scientific community in perforated plates for ballistic protection has increased. Perforated plates do not represent protection by themselves, rather, they are used in the armour systems of armoured vehicles, in conjunction with base armour, since they are intended to induce bend stresses, where a penetrating core fracture occurs. The fragments are subsequently stopped by base armoured vehicle armour. Although for the first time used several decades ago, perforated plates are found to be attractive even today. The main reason is the combination of very convenient properties. Besides high mass effectiveness, they possess a high multi-impact resistance, since their perforations arrest cracks. Therefore, a relatively wide array of materials is suitable for perforated plate fabrication, ranging from alloy steel to some types of cast iron. Being made of metallic materials, raw material costs are relatively low compared to ceramics or composite materials, making them very attractive for present and future armoured vehicles. Finally, armour system consisting of a perforated plate and base plate at some distance, reduce the effectiveness of both shaped charge jets and act as blast mitigators.



https://doi.org/10.3390/met11040526
Hellwig, Peter; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Investigations of the absorption front in high-speed laser processing up to 600 m/min. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 11 (2021), 9, 4015, S. 1-16

High processing speeds enormously enlarge the number of possible fields of application for laser processes. For example, material removal for sheet cutting using multiple passes or precise mass corrections can be achieved by means of spatter formation. For a better understanding of spatter formation at processing speeds of several hundred meters per minute, characterizations of the processing zone are required. For this purpose, a 400 W single-mode fiber laser was used in this study to process stainless steel AISI 304 (1.4301/X5CrNi18-10) with speeds of up to 600 m/min. A setup was developed that enabled a lateral high-speed observation of the processing zone by means of a glass plate flanking. This approach allowed for the measurement of several dimensions, such as the penetration depth, spatter formation, and especially, the inclination angle of the absorption front. It was shown that the loss of mass started to significantly increase when the absorption front was inclined at about 60&ring;. In combination with precise weighings, metallographic examinations, and further external process observations, these findings provided an illustration of four empirical process models for different processing speeds.



https://doi.org/10.3390/app11094015
Middeldorf, Klaus; Aumüller, Dominik; Bergmann, Jean Pierre; Mann, Samuel; Sharma, Rahul; Reisgen, Uwe
Schweißtechnik 4.0: digitalisierte vernetzte schweißtechnische Fertigung - Konzepte und Anwendungen, Teil 1. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 73 (2021), 3, S. 146-149

Industrie 4.0" ist für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die sich mit dem Fügen, Trennen und Beschichten auskennen, künftig von großer Bedeutung. Dabei geht es aber weniger darum, konkrete Produktions-, Fertigungs- oder Schweißprozesse zu beschreiben, sondern kritisch zu prüfen, wo in kleinen und mittelständischen Unternehmen Lücken hinsichtich Industrie 4.0 bestehen und wie sich diese schließen lassen. Denn nur so können Unternehmen langfristig den bestehenden, digitalen Vorsprung für sich nutzen. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Arbeitsgruppe "Industrie 4.0" im DVS aktuell mit diesem Thema. Sie stößt die Diskussion über die Digitalisierung in der Schweißtechnik an und initiiert unter dem Titel "Vom Fortschritt profitieren: Industrie 4.0 in der Schweißtechnik" eine Serie von Fachbeiträgen, die - mit der vorliegenden Ausgabe beginnend - in dieser Zeitschrift veröffentlicht werden.



Middeldorf, Klaus; Aumüller, Dominik; Bergmann, Jean Pierre; Mann, Samuel; Sharma, Rahul; Reisgen, Uwe
Schweißtechnik 4.0: digitalisierte vernetzte schweißtechnische Fertigung - Konzepte und Anwendungen, Teil 2. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 73 (2021), 4, S. 235-238

"Industrie 4.0" ist für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die sich mit dem Fügen, Trennen und Beschichten auskennen, künftig von großer Bedeutung. Dabei geht es aber weniger darum, konkrete Produktions-, Fertigungs- oder Schweißprozesse zu beschreiben, sondern kritisch zu prüfen, wo in kleinen und mittelständischen Unternehmen Lücken hinsichtlich Industrie 4.0 bestehen und wie sich diese schließen lassen. Denn nur so können Unternehmen langfristig den bestehenden, digitalen Vorsprung für sich nutzen. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Abreitsgruppe "Industrie 4.0" im DVS aktuell mit diesem Thema. Sie stößt die Diskussion über die Digitalisierung in der Schweißtechnik an und initiiert unter dem Titel "Vom Fortschritt profitieren: Industrie 4.0 in der Schweißtechnik" eine Serie von Fachbeiträgen in dieser Zeitschrift, die mit dem zweiten Teil in der vorliegenden Ausgabe fortgesetzt wird.



Beck, Tobias Alexander; Bantel, Christoph Michael; Boley, Meiko; Bergmann, Jean Pierre
OCT capillary depth measurement in copper micro welding using green lasers. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 11 (2021), 6, 2655, S. 1-15

The transition of the powertrain from combustion to electric systems increases the demand for reliable copper connections. For such applications, laser welding has become a key technology. Due to the complexity of laser welding, especially at micro welding with small weld seam dimensions and short process times, reliable in-line process monitoring has proven to be difficult. By using a green laser with a wavelength of [lambda] = 515 nm, the welding process of copper benefits from an increased absorption, resulting in a shallow and stable deep penetration welding process. This opens up new possibilities for the process monitoring. In this contribution, the monitoring of the capillary depth in micro copper welding, with welding depth of up to 1 mm, was performed coaxially using an optical coherence tomography (OCT) system. By comparing the measured capillary depth and the actual welding depth, a good correlation between two measured values could be shown independently of the investigated process parameters and stability. Measuring the capillary depth allows a direct determination of the present aspect ratio in the welding process. For deep penetration welding, aspect ratios as low as 0.35 could be shown. By using an additional scanning system to superimpose the welding motion with a spacial oscillating of the OCT beam perpendicular to the welding motion, multiple information about the process could be determined. Using this method, several process information can be measured simultaneously and is shown for the weld seam width exemplarily.



https://doi.org/10.3390/app11062655
Weigl, Markus; Grätzel, Michael
Welche Verfahren für welche Anwendungen? : Schweißen von Strukturkomponenten aus Aluminium: Lichtbogen-, Laserstrahl- oder Rührreibschweißen. - In: Der Praktiker, ISSN 0554-9965, Bd. 73 (2021), 3, S. 98-101

Labus Zlatanovic, Danka; Balos, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre; Rasche, Stefan; Zavašnik, Janez; Panchal, Vishal; Sidjanin, Leposava; Goel, Saurav
In-depth microscopic characterisation of the weld faying interface revealing stress-induced metallurgical transformations during friction stir spot welding. - In: International journal of machine tools & manufacture, Bd. 164 (2021), 103716, insges. 14 S.

Friction stir spot welding (FSSW) is a solid-state welding process, wherein the properties of a weld joint are influenced by the state of friction and localised thermodynamic conditions at the tool-workpiece interface. An issue well-known about FSSW joints is their lack of reliability since they abruptly delaminate at the weld-faying interface (WFI). This study explores the origins of the delamination of multiple lap welded aluminium alloy (AA 5754-H111) sheets joined by FSSW at different rotational speeds typically used in industry. Experimental techniques such as the small punch test (SPT), Vickers hardness test, Scanning Electron Microscopy (SEM), Scanning Acoustic Microscope (SAM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Frequency-Modulated Kelvin Probe Force Microscopy (FM-KPFM) were employed. The experimental results revealed that a complex interplay of stress-assisted metallurgical transformations at the intersection of WFI and the recrystallised stir zone (RSZ) can trigger dynamic precipitation leading to the formation of Al3Mg2 intermetallic phase, while metallic oxides and nanopits remain entrapped in the WFI. These metallurgical transformations surrounded by pits, precipitates and oxides induces process instability which in turn paves way for fast fracture to become responsible for delamination.



https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2021.103716
Bielenin, Martin;
Prozessstrategien zur Vermeidung von Heißrissen beim Schweißen von Aluminium mit pulsmodulierbaren Laserstrahlquellen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (185 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 10)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Das gepulste Laserstrahlschweißen ermöglicht die Vermeidung der Heißrissbildung beim Schweißen von 6xxx Aluminilegierungen ohne den Einsatz eines Schweißzusatzwerkstoffes. Im Rahmen der Arbeit wurden die Mechanismen und physikalischen Ursachen der Heißrissbildung beim gepulsten Laserstrahlschweißen untersucht und zusammenhängend beschrieben. Dafür wurde ein transientes thermomechanisches Simulationsmodell zur Abbildung des gepulsten Laserstrahlschweißprozesses mit zeitlich veränderlichem Pulsleistungsverlauf aufgebaut und experimentell validiert. Die zeit- und ortsaufgelöste Berechnung des gesamten Spannungs , Dehnungs- und Temperaturfeldes ermöglichte die Quantifizierung der wesentlichen Erstarrungsparameter an der Phasenfront zu jedem Zeitpunkt während Schmelzbadkristallisation. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten repräsentativ an der industriell etablierten, aber heißrissanfälligen Legierung EN AW 6082-T6. Die grundlegenden experimentellen Untersuchungen wurden zunächst an modellhaften Einzelpunktschweißungen ausgeführt. Innerhalb der experimentellen Untersuchungen wurden drei Regime identifiziert, die sich in Abhängigkeit der Erstarrungsgeschwindigkeit des Schmelzbades ergeben und in denen unterschiedliche Mechanismen die Entstehung von Heißrissen dominieren. Wohingegen die Rissbildung bei hohen Erstarrungsgeschwindigkeiten auf die Dehnrate, die geringe Permeabilität des interdendritischen Netzwerks und die große Nachspeisedistanz zurückgeführt werden konnte, wurde bei langsamen Erstarrungsgeschwindigkeiten die Seigerung niedrigschmelzender Phasen an der Erstarrungsfront als Rissursache identifiziert. Punktüberlappende Nahtschweißungen sind durch das Umschmelzen rissbehafteter Bereiche des vorherigen Schweißpunktes weniger sensibel für die Bildung von Heißrissen als Punktschweißen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurden aus den prozesstechnischen und physikalischen Ursachen für die Prozessgrenzen Strategien zur Erweiterung abgeleitet, entwickelt und umgesetzt. Hierfür wurde das gepulste Laserstrahlschweißen mit räumlich überlagerter cw-Diodenlaserstrahlung im niedrigen Leistungsbereich untersucht. Mit dem entwickelten Prozessansatz können heißrissfreie Schweißnähte auch mit konventionellen Rechteckpulsen erzeugt werden. Darüber hinaus wird einerseits die Einschweißtiefe signifikant gesteigert. Anderseits wird durch die geringe Leistungszugabe des Diodenlasers die Schweißgeschwindigkeit um den Faktor 4 gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik erhöht.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000609
Cerri, Emanuela; Pirondi, Alessandro; Bergmann, Jean Pierre
Friction stir welded AISI 304 metal sheets for application in food implants. - In: THERMEC 2021, (2021), S. 63-68

Stainless steels are indispensable materials in many industrial fields. They can be easily shaped and joined by traditional welding methods. Some problematics such as possible decrease in corrosion resistance at the welding bead and in the heat-effected zone, residual stress, crack formation and distortions may take place after welding. Friction Stir Welding (FSW) may be used for joining stainless steels in a single pass and for optimising microstructure and mechanical properties of the processed region. The application of FSW to the widely used AISI304 stainless steel is investigated in food implants. The mechanical properties together with corrosion resistance and surface finishing are characterized. A high energy input is chosen for the welding (2000 rpm tool rotational speed and 50 mm/min advancing speed). The stirred zone (SZ) is characterized by optical microscopy. Vickers microhardness in the SZ results 37% higher than in the base material. Tensile tests highlight elongations up to 40% keeping maximum stress values at 600 MPa. All samples pass accelerated corrosion tests that simulate 20 years of cleaning cycles in a typical food implant.



Labus Zlatanovic, Danka; Balos, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre; Rasche, Stefan; Pecanac, Milan; Goel, Saurav
Influence of tool geometry and process parameters on the properties of friction stir spot welded multiple (AA 5754 H111) aluminium sheets. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 14 (2021), 5, 1157, insges. 23 S.

https://doi.org/10.3390/ma14051157
Busse, Christian; Tsivilskiy, Ilya; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Numerical modeling of an inductively coupled plasma torch using OpenFOAM. - In: Computers & fluids, Bd. 216 (2021), 104807

A customized code using the free and fully open-source CFD software package OpenFOAM was developed to simulate a two-dimensional axisymmetric model of an inductively coupled plasma torch. To efficiently calculate the high-frequency magnetic fields generated by the inductive coil, a technique based on the vector potential formulation of Maxwell's equations was implemented using the block coupled matrix solver provided by the foam-extend toolbox. While the fluid equations for the inner torch region are solved under the assumption of a laminar flowing argon plasma under atmospheric pressure and local thermodynamic equilibrium conditions, the electromagnetic equations are solved on an overlapping mesh extended far outside the torch. Moreover, a novel technique for initializing the plasma solver by separately precomputing the velocity and temperature fields is presented. Using this approach our plasma solver can run in both steady-state and transient modes. The implementation has been validated by means of analytical methods, and the simulation results of the Tekna-PL50 plasma torch have been compared against literature data. The results obtained using the OpenFOAM code are in good agreement with those of the commercial CFD codes.



https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2020.104807
Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Hopfeld, Marcus; Spieß, Lothar
Effect of thermoplastic morphology on mechanical properties in laser-assisted joining of polyamide 6 with aluminum. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 65 (2021), 4, S. 699-711

This paper examined the joining zone between semi-crystalline polyamide 6 and aluminum EN AW 6082 in laser-based joining and evaluated the mechanical properties of the joint. The joint tests were carried out in overlap configuration and a characterized in terms of energy per unit length. The mechanical properties were examined to the point of cohesive failure. An increasing energy per unit length resulted in a reduced crosshead displacement in short-term testing and a decreased fatigue strength. Further material testing was carried out locally at various positions within the joining zone. The mechanical properties were correlated with results of a hardness test, thermoplastic morphology, differential scanning calorimetry (DSC), and X-ray diffraction (XRD). By combining the findings with heat-treated samples at elevated temperatures, secondary crystallization was identified and evidenced as a primary effect among the changes in mechanical properties due to the heat treatment of the thermoplastic material.



https://doi.org/10.1007/s40194-020-01048-1
Köhler, Tobias; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Influence of different Ni coatings on the long-term behavior of ultrasonic welded EN AW 1370 cable/EN CW 004A arrestor dissimilar joints. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 65 (2021), 3, S. 429-440

The increasing demand for energy-efficient vehicles requires suitable methods for cost and weight reduction. This can be achieved by the replacement of copper by aluminum, in particular for the on-board power systems. However, the complete substitution is restricted by the mechanical and physical material properties of aluminum as well as challenges in the aluminum copper interface. The challenges concern the corrosion vulnerability and the occurrence of brittle intermetallic compounds (IMC) which can negatively influence the mechanical properties and the electrical conductivity. Therefore, current investigations focus on the one hand on the realization of dissimilar aluminum copper joints by suitable joining technologies, like ultrasonic welding, and on the other hand on the assurance of a sufficient prevention against harmful corrosion effects. In cases where the joint cannot be protected against corrosion by sealing, nickel coatings can be used to protect the joint. In the present study, the influence of electroless, electroplated, and sulfamate nickel coatings was investigated regarding the long-term stability. The joints were performed as industry-related arrester connections, consisting of EN AW 1370 cables and EN CW 004A terminals. The samples were exposed to corrosive as well as electrical, thermal, and mechanical stress tests according to current standards and regulations.



https://doi.org/10.1007/s40194-020-01030-x
Reimche, Maxim; Berghof, Steffen; Bergmann, Jean Pierre
Adapted process model for manufacturing within production networks. - In: Production at the leading edge of technology, (2021), S. 611-620

The paper concentrates on the external elimination of bottlenecks by using congruent shared capacities within a non-hierarchical organized network. The study assumes that the capacity of assembly can be adapted by increasing the resources of the company. Conversely, the capacity of production is restricted by technological requirements and regulated by machine resources.To relieve capacity by external measures within a non-hierarchical organized network, an adapted process model is required. For this purpose, critical issues for the process flow within a network are identified and necessary regulations suggested.The paper presents the possibility of integrating the adapted approach into the operations management process as well as into systems of production planning and control and deduces the necessary information that is required to ensure the economic viability of bottleneck removal.



Glaser, Marcus; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Schaaf, Benjamin; Di Biase, Pietro; Richter, Carl Hans Otto; Feldmann, Markus; Baitinger, Mascha; Reshamvala, Marcel; Siebert, Barbara; Herrmann, Tobias; Haese, Andreas
Application of a mobile measuring device for the planar evaluation of the current in-situ stress condition in glass. - Delft : TU Delft Open. - 1 Online-Ressource (11 Seiten)Online-Ausgabe: Challenging Glass 7 : Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, Ghent University, September 2020 / editors Jan Belis (Ghent University, Ghent, Belgium), Freek Bos (Eindhoven University of Technology, Eindhoven, the Netherlands), Christian Louter (Technische Universität Dresden, Dresden, Germany). - Delft : TU Delft Open, 2020. - ISBN 978-94-6366-296-3

The load-bearing capacity of glass as a structural material as well as sustainability and resistance of a built-in glass against appearing loads and forces is assuming an ever-greater importance. Next to analytical and numerical calculations of maximum load-bearing capacity and the ultimate limit state, there is no generally accepted standardized non-destructive inspection method available, with which it is possible to estimate the prevalent load situation and predominant stress conditions, particularly in relation to mechanical or adhered connections. Within the research project “BiGla”, a measuring instrument based on photoelasticity was developed, which enables to measure and monitor occurring load states during the installation process, as well as the utilization of glass components subjected to significant load changes during their life cycle. Based on the combined examination of photoelasticity and its synergism with the finite element analysis it becomes possible to transfer qualitative measurement results into quantitative evaluations of predominant stress conditions. Achieved results, gained during experimental investigations under laboratory conditions, as well as during extensive field tests, are presented in this publication.



https://doi.org/10.7480/cgc.7.4487
Schindler, Christian;
Formabtrag an mineralischen Gläsern mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - 1 Online-Ressource (175 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 9)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In: Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Abtragsverfahren zur Formgebung optischer Komponenten aus mineralischem Glas mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung untersucht. Für diese Untersuchungen wurden ein experimenteller ps- und ein fs-Aufbau konzipiert, umgesetzt, optimiert und charakterisiert sowie Analysemethoden zur Probenbewertung entwickelt. Aus den Untersuchungen zu den ausgewählten Gläsern ergibt sich, dass mit Verwendung ultrakurzer Laserpulse prinzipiell das gesamte Materialspektrum bearbeitbar ist, wenngleich sich die Bearbeitungsergebnisse unterscheiden. Für einen schichtweisen Abtrag wurden plausible Parameterräume definiert, in denen der Ablationsprozess stabil in Bezug auf ausgewählte Zielgrößen beschrieben werden kann. Experimentell zeigten sich der glasspezifischen Bandlücke sowie der applizierten Wellenlänge nach steigende Grenzwerte für die zur Ablation notwendigen Fluenz. Beim Vergleich der Pulsdauerregime zeigte sich, dass für einen einsetzenden ps-Abtrag höhere Fluenzwerte als für einen fs-Abtrag appliziert werden müssen. Die Untersuchungen haben veranschaulicht, dass sich, in Relation zu einem spezifischen Vorbearbeitungszustand von Quarzglas, mit zunehmendem Abtrag, also mehreren Überfahrten, und unter Zuhilfenahme einer gezielten Partikelabfuhr ein Gleichgewicht der Rauheit auf der Oberfläche einstellte und man von einer Sättigungsrauheit sprechen kann. Für dieses Abtragsverhalten an Glas wurde ein Modell für den 2,5D-Formabtrag mit ausgewählten Parametern aufgestellt und Aussagen zum notwendigen Konditionierabtrag getroffen. Gleichzeitig ergab sich nach Erreichen des Sättigungswertes ein konstantes Ablationsregime, welches einen linearen Abtrag pro Überfahrt ermöglichte. Für eine an den Zielgrößen (Rauheit, induzierte optische Gangunterschiede, Abtragstiefe sowie Abtragsraten) ausgerichtete Auswahl von Bearbeitungsparametern sind Schädigungstiefen bestimmt worden. Es zeigte sich, dass die ermittelten Werte z. T. geringer sind als typische Schädigungen durch das Fein- und Feinstschleifen (< 15 [my]m) und somit dazu beitragen den folgenden Polierprozess zu verkürzen. Ein schichtweiser Abtrag mit ultrakurzen Pulsen kann als Substitutionstechnologie für den formgebenden Schleifprozess angesehen werden. Die ermittelten Zeitspanvolumina lagen im applizierten Laserparameterfeld mit < 14 mm^3/min deutlich über den Werten des Fein- und Feinstschleifens mit ≈ 2 mm^3/min. In weiteren Untersuchungen zum Laserabtrag mit Scanprofilen konnten funktionelle Zusammenhänge beschrieben und nachgewiesen werden, die einen ortsvariablen Glasabtrag ermöglichen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000104
Schwarz, Elisabeth Birgit; Bleier, Fabian; Bergmann, Jean Pierre
Predicting the quality of high-power connector joints with different machine learning methods. - In: 2020 10th International Online Conference Electric Drives Production Conference (EDPC), (2020), insges. 9 S.

State-of-the-art manufacturing processes used in the electric drive production show a high degree of automation and provide a large amount of process data. Often these data remain unused even though they contain potentially valuable process information. The efficient processing and evaluation of these data bears enormous potential for improving the electric drives production, for example with regard to contacting processes. Innovative machine learning (ML) methods already proved to be a powerful tool for big data set evaluation and continuously enter the manufacturing domain. However, the comprehensive and feasible ML application in manufacturing is hindered by the large effort necessary for adequate data preparation. This work lays the foundation for ML application in ultrasonic metal welding and related contacting techniques, which play an important role in the electric drives production. Therefore, on the one hand side, a data pipeline is developed which covers necessary steps of data preparation. On the other hand side, two data sets generated with a validated US metal welding process model are processed with the data pipeline and quality prediction is performed with three different regression methods, which include classical linear regression as well as advanced ML methods as a neural network. For quality prediction, the mean absolute percentage error reaches values as low as 6.9 %.



https://doi.org/10.1109/EDPC51184.2020.9388211
Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Chehreh, Abootorab; Koch, Alexander; Walther, Frank
Einfluss des Verhältnisses aus Drehrichtung und Geschwindigkeit am FSW-Werkzeug auf die Ermüdungsfestigkeit von Aluminiumlegierungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 72 (2020), 9, S. 558-565

Köhler, Tobias; Grätzel, Michael; Kleinhenz, Ludwig; Kranz, Moritz; Bergmann, Jean Pierre
Entwicklung einer Prozessstrategie zum Ultraschallschweißen von Litze/Ableiter-Verbindungen unter Berücksichtigung von metallischen Nickelüberzügen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 72 (2020), 10, S. 634-641

Durch die Substitution von Kupfer durch Aluminium im Bordnetz von Kraftfahrzeugen können das Gewicht und somit klimaschädliche Emissionen wie Kohlendioxid reduziert werden. Auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Aluminiums ist allerdings eine vollständige Substitution nicht möglich. Stattdessen erfolgt, insbesondere im Bereich der Bordnetzanwendungen, der zunehmende Einsatz von Mischverbindungen aus Aluminium und Kupfer. Die Realisierung dieser Verbindungen setzt hingegen die Anwendung geeigneter Fügeverfahren wie dem Ultraschallschweißen voraus, um materialspezifischen Herausforderungen zu begegnen, zum Beispiel dem Reduzieren der Bildung von spröden intermetallischen Phasen (IMP). Gleichzeitig neigen Al-Cu-Mischverbindungen zu galvanischer Korrosion, weshalb häufig Nickel als Beschichtungswerkstoff für die Kupferbauteile eingesetzt wird. Da die unterschiedlichen Eigenschaften der untersuchten Nickelschichten einen signifikanten Einfluss auf die Verbindungsbildung beim Ultraschallschweißen haben können, wurde in der vorliegenden Studie der Einfluss verschiedener Nickelschichten auf die Eigenschaften von EN AW-1370/CW004A-Mischverbindungen untersucht. Weiterhin wurde eine Prozessstrategie entwickelt, die es ermöglicht, ultraschallgeschweißte Kabel/Ableiter-Verbindungen prozesssicher zu generieren. Zudem wird eine Prozessüberwachung der Verbindungsqualität durch prozessbegleitende Temperaturmessung vorgestellt.



Lissek, Fabian;
Beitrag zum Verständnis der Zerspanung nachgiebiger Strukturen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen: Charakterisierung, Modellierung und Bewertung instationärer Bohrprozesse. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (VII, 192 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Forschungsarbeit zielt darauf ab einen Beitrag zum besseren Verständnis der Zerspanungsmechanismen nachgiebiger CFK-Strukturen zu leisten. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Werkzeuggeometrie, des Werkzeugverschleißes sowie den spannsituationsspezifischen Einflussfaktoren. Es wird insbesondere die spanende Bearbeitung von endkonturnahen 3-dimensionalen Bauteilen adressiert, welche aktuell mit komplexen Spannsystemen realisiert werden muss. Im Gegensatz zur industriellen Praxis sieht der Forschungsansatz vor, eine gewisse Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsstelle zuzulassen, welche eine ausreichende Bearbeitungsqualität gewährleisten kann. Dadurch schafft die Abhandlung eine Grundlage zur Auslegung und Optimierung von Spannsystemen. Durch die Reduktion der Komplexität von Spannsystemen können Kosten eingespart werden. Gleichzeitig verringert sich damit auch der Platzbedarf zur Lagerung der Spannsysteme. Obwohl sich ein Großteil der Arbeit mit elementaren Grundlagen der Zerspanung von nachgiebigen CFK-Strukturen befasst, ist der Fokus der Untersuchungen der angewandten Forschung zuzuordnen. Diesbezüglich werden als Zerspanungsmaterial CFK-Laminate aus dem luftfahrttypischen Prepreg HexPly® M21/T800S verwendet, welche mit VHM-Stufenbohrergeometrien nach aktuellem Industriestandard bearbeitet werden. Im experimentellen Teil erfolgt eine messtechnische Analyse der Werkstückkinematik relativ zur Werkzeugbewegung und in Abhängigkeit von der lokalen Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsposition. Dabei steht die zeitliche Entwicklung des Spanungsquerschnittes und der Vorschubswerte des Bearbeitungsprozesses im Vordergrund. Diese werden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Austrittsdelamination bewertet. Werkzeugseitig werden dabei die Schneidkantenverrundung von 10 [my]m bis 50 [my]m sowie der Spitzenwinkel der Hauptschneiden zwischen 70&ring; und 130&ring; variiert. Die Erkenntnisse der Quantifizierung der Zerspanungsmechanismen gehen Hand in Hand mit der Neuentwicklung dreier unterschiedlicher Simulationsmodelle. Diese bilden die Entstehung von Maßabweichungen der Bohrungskontur, den zeitabhängigen Prozesskraftverlauf sowie die initiale Schädigungsentstehung beim Werkzeugaustritt aus dem CFK-Laminat nach.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000653
Grätzel, Michael; Weigl, Markus; Köhler, Tobias; Kästner, Christian; Bergmann, Jean Pierre
Influence of process conditions and material properties by multiple welding steps during friction stir welding. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 77-83

https://doi.org/10.11283/jlwa.58.77s
Szallies, Konstantin; Zwicker, Moritz; Bergmann, Jean Pierre
Single-sided resistance spot welding of steel-aluminum dissimilar joints - mechanical characterization and interface formation. - In: Advanced joining processes, (2020), S. 79-90

Components made of aluminum-steel dissimilar joints show a high potential regarding to lightweight applications. In particular, due to their fundamental differences in chemical and physical properties, new approaches must be developed for common industrial joining processes. This study shows a new approach in order to characterize the joining zone formation using single-sided resistance welding. Based on the mechanical properties, the interface formation is investigated. Depending on the process variables, increasing mechanical tensile forces are shown with simultaneously increasing thickness of the diffusion zone. In this context, a significant porosity of the joint in the aluminum base material can be observed. For this purpose, a characterization method is developed.



Weigl, Markus; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Technological progress in stationary shoulder friction stir welding of aluminum alloys. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 60-64

https://doi.org/10.11283/jlwa.58.60s
Lizarazu, Jorge; Göbel, Luise; Linne, Stefan; Kleemann, Susanne; Lahmer, Tom; Rößler, Christiane; Hildebrand, Jörg
Experimental characterization and numerical analysis of additively manufactured mild steel under monotonic loading conditions. - In: Progress in additive manufacturing, ISSN 2363-9520, Bd. 5 (2020), 3, S. 295-304

Additive Manufacturing (AM), for the case of metals, is a technology developed to create 3D products by following a layer-by-layer welding procedure. In this work, the tensile behavior of wire arc additively manufactured mild steel is studied experimentally and numerically. The microstructure of the metal is strongly influenced by the AM process that involves several heating and cooling cycles; therefore, it is first analyzed with optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction to identify the different phases and to extract the grain properties. With this information, two approaches are used to build the Representative Volume Element, which will be part of a multi-scale material model. The first approach constitutes a synthetic generation of grains according to a Voronoi Tessellation and the second one an image-based representation. Afterwards, a virtual tensile test for the determination of the stress-strain relation of the material is performed, which is later compared with the measurements of a real tensile test carried out on several specimens that were obtained using the wire arc additive manufacturing technique.



https://doi.org/10.1007/s40964-020-00111-z
Bergmann, Jean Pierre; Lange, Jörg; Hildebrand, Jörg; Eiber, Mathias; Erven, Maren; Gaßmann, Christof; Chiang, Chen-Hao; Lenz, Claus; Röder, Thorsten; Bashariar, Wais
Herstellung von 3D-gedruckten Stahlknoten : vom Entwurf bis zur Herstellung von Strukturen. - In: Stahlbau, ISSN 1437-1049, Bd. 89 (2020), 12, S. 956-969

Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.



https://doi.org/10.1002/stab.202000080
Reimann, Jan; Hammer, Stefan; Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Production of topology-optimized structural nodes by means of arc-based, additive manufacturing with MSG welding process :
Topologieoptimierte Tragwerksknoten : Herstellung mittels lichtbogenbasierter, additiver Fertigung mit MSG-Schweißprozess. - In: Industrie 4.0 Management, ISSN 2364-9208, Bd. 36 (2020), 4, S. 15-19

In diesem Beitrag wird die Erzeugung von festigkeits- und steifigkeitsangepassten Tragstrukturen mittels der numerischen Simulationsmethode der Topologieoptimierung vogestellt. Der dabei resultierende Tragwerksknoten wird mittels CAD/CAM-Software in eine Robotorbahnplanung überführt und mit der drahtbasierten, additiven Fertigung unter Verwendung des MSG-Schweißprozesses aus dem Schweißzusatzwerkstoffs G4Si1 hergestellt.



Friedrich, Maria; Kahle, Martin; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Formation of near-surface melt films on glass ceramics due to ultrashort laser pulses. - In: Applied physics, ISSN 1432-0630, Volume 126 (2020), issue 11, article number 878, Seite 1-12

Glass ceramics are highly specialized composite materials, which have a partly polycrystalline and a partly glassy state. Due to their special properties such as good mechanical strength, low thermal expansion, and excellent thermal shock resistance, they are especially well known for their use in consumer goods industry. But also in the high-tech sector, like optics or microsystems technology, the applications for glass ceramics are constantly growing. Simultaneously, the continuing miniaturization of microelectronic components requires precise, high-resolution processing methods. While mechanical processing is limited due to the brittle-hard properties of the material, ultrashort pulse lasers can serve as an ideal tool for this purpose. The pulse durations in the pico- and femtosecond range are known to enable a highly precise and gentle processing with very small thermal load for the workpiece. Therefore, the process is often referred to as cold ablation. It has been known for some time, however, that if pulse energies and repetition rates are sufficiently high, heat accumulation effects can occur. In this article, we report on surface modifications on glass ceramics arising during femtosecond ablation. Using Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) as an example, we show that even at low repetition rates of 100 kHz and moderate average laser power below 3 W several micrometer thick molten patterns can emerge. Another peculiarity of the observed phenomenon lies in the increase of the vitreous layer with decreasing pulse duration. The dependence of the effect on the material structure is investigated by means of X-ray diffraction (XRD) measurements.



https://doi.org/10.1007/s00339-020-04001-7
Alam, Shahidul; Islam, Md. Moidul; Chowdhury, Shadia; Meitzner, Rico; Kästner, Christian; Schubert, Ulrich Sigmar; Hoppe, Harald
Disentanglement of degradation mechanisms by analyzing aging dynamics of environmentally friendly processed polymer solar cells. - In: Energy technology, ISSN 2194-4296, Bd. 8 (2020), 12, 2000116, S. 1-10

Lifecycle assessments suggest preventing halogenated solvents or solvent additives for environmentally friendly polymer solar cells. Thus, the active layers of polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells based on poly[4,8-bis-(2-ethyl-hexyl-thiophene-5-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b0]dithiophene-2,6-diyl]-alt-[2-(20-ethyl-hexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophen-4,6-diyl] (PBDTTT-CT) and the fullerene derivative [6,6]-phenyl-C70-butyric acid methyl ester (PC70BM) are cast from m-xylene solutions. Ortho-vanilline is used as a nonhazardous and nontoxic solvent additive. Completed photovoltaic devices are subjected to accelerated laboratory weathering tests. Photovoltaic parameters are periodically obtained from current-voltage recordings of the solar cells twice an hour under well-defined aging conditions following the International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS) protocols. An analysis of aging kinetics reveals the superposition of two individual degradation mechanisms, of which one is assigned to continued intermixing and the other one to the formation of a blocking layer by interfacial segregation.



https://doi.org/10.1002/ente.202000116
Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Weigl, Markus
Rührreibschweißen - Herausforderungen bei Anwendungen für die Elektromobilität. - In: DVS Congress 2020, (2020), S. 849-854

Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Chehreh, Abootorab; Koch, Alexander; Walther, Frank
Einfluss des Verhältnisses aus Drehrichtung und Geschwindigkeit am FSW-Werkzeug auf die Ermüdungsfestigkeit von Al-Legierungen. - In: DVS Congress 2020, (2020), S. 608-615

Spiegler, Jennifer; Kuhlmann, Ulrike; Mückenheim, Uwe; Keitel, Steffen; Hammer, Stefan; Rasche, Stefan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Tragfähigkeit von Stumpfnahtverbindungen höherfester Stähle im Stahlbau. - In: DVS Congress 2020, (2020), S. 557-563

Kästner, Christian; Neugebauer, Matthias; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Laserstrahlauftragschweißen - Steigern der Produktivität beim gepulsten Schweißen von Nickelbasis-Superlegierungen. - In: DVS Congress 2020, (2020), S. 517-523

Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
Influencing microstructure of vanadium carbide reinforced FeCrVC hardfacing during gas metal arc welding. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 10 (2020), 10, 1345, insges. 11 S.

Vanadium carbide (VC) reinforced FeCrVC hardfacings have become important to improve the lifetime of tools suffering abrasive and impact loads. This is because the microstructural properties of such hardfacings enable the primary VCs to act as obstacles against the penetrating abrasive. Because dilution is supposed to be the key issue influencing the precipitation behaviour of primary carbides during surfacing, the development of deposit welding processes exhibiting a reduced thermal impact, and hence lower dilution to the base material, is the primary focus of the current research. By inserting an additional hot wire in the melt, an approach was developed to separate the material and energy input during gas metal arc welding (GMAW), and hence realised low dilution claddings. The carbide content could be increased, and a grain refinement was observed compared with conventional GMAW. These effects could be attributed to both the reduced dilution and heterogeneous nucleation.



https://doi.org/10.3390/met10101345
Chehreh, Abootorab; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Walther, Frank
Fatigue behavior of conventional and stationary shoulder friction stir welded EN AW-5754 aluminum alloy using load increase method. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 10 (2020), 11, 1510, insges. 11 S.

https://doi.org/10.3390/met10111510
Schricker, Klaus; Alhomsi, Mohammad; Bergmann, Jean Pierre
Thermal efficiency in laser-assisted joining of polymer-metal composites. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 13 (2020), 21, 4875, insges. 16 S.

https://doi.org/10.3390/ma13214875
Kästner, Christian; Neugebauer, Matthias; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Statistical analysis of pulsed laser beam welding repair strategies of nickel-base superalloys. - In: 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], (2020), S. 638-643

Pulse shaping is a suitable option to adapt energy input and temperature gradients in the base material during filler wire assisted laser beam welding, although the influence on the temperature-depended microstructure and γ-precipitation strengthening of Nickel-base superalloys as well as the process windows are not sufficiently understood so far. Therefore, the influence of pulse parameters, preheating temperature, hot-wire heating power and wire feeding rate on the deposition process and the resulting macro- and microstructure of similar Nickel-base superalloy joints of Inconel 738 low carbon (IN 738 LC) with Haynes (HS 282) filler are investigated. The statistical analysis of the multidimensional parameter space with respect to the geometric properties of the weld seams (dilution, aspect ratio and wetting angle) and hot-crack formation revealed high reliability and predictability concerning individual choice of suitable parameters in field repair application.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.099
Hellwig, Peter; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Effect of reduced ambient pressure and atmospheric composition on material removal mechanisms of steel and aluminum by means of high-speed laser processing. - In: 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], (2020), S. 487-492

Balancing processes require highly precise mass corrections especially in case of high-speed turning rotors. Material removal by means of cw-mode laser radiation represents a novel approach for industrial balancing applications in order to achieve sufficient removal rates. Thereby, spatter formation was identified as primary removal mechanism. In this study, the effect of reduced ambient pressures and atmospheres with varying concentrations of argon, nitrogen and oxygen on spatter formation and loss of mass were investigated for AISI304 (1.4301, X5CrNi18-10) and EN AW-2618 (DIN 3.1924) under the use of a 400W single mode-fiber laser.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.169
Schmidt, Leander; Römer, Florian; Böttger, David; Leinenbach, Frank; Straß, Benjamin; Wolter, Bernd; Schricker, Klaus; Seibold, Marc; Bergmann, Jean Pierre; Del Galdo, Giovanni
Acoustic process monitoring in laser beam welding. - In: 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], (2020), S. 763-768

Structure-borne acoustic emission (AE) measurement shows major advantages regarding quality assurance and process control in industrial applications. In this paper, laser beam welding of steel and aluminum was carried out under varying process parameters (welding speed, focal position) in order to provide data by means of structure-borne AE and simultaneously high-speed video recordings. The analysis is based on conventionally (e.g. filtering, autocorrelation, spectrograms) as well as machine learning methods (convolutional neural nets) and showed promising results with respect to the use of structure-borne AE for process monitoring using the example of spatter formation.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.139
Schricker, Klaus; Drebing, Alexander; Seibold, Marc; Bergmann, Jean Pierre
Laser-assisted joining of AISI 304 thin sheets with polymers. - In: 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], (2020), S. 531-536

Laser-assisted metal-polymer joining gains importance in several applications due to the possibility of a direct connection between both materials. Aside from lightweight construction, a direct metal-polymer connection shows a high economic potential especially in large series production, e.g. domestic appliances. Based on this motivation, laser-assisted simultaneous joining of AISI 304 thin sheets (0.3 1.0 mm, X5CrNi18-10) with unreinforced polypropylene (PP) as well as acrylonitrile butadiene styrene (ABS) is carried out. Starting from a generally valid process description based on the energy per sheet thickness, the distortion as well as the mechanical properties are examined, whereby up to 17.4 MPa are reached and the tensile shear strength drops by at least 15 % during alternating climate test (-20 75 &ring;C, 40 75 % rel. humidity). Further investigations under cyclic load showed, that long life fatigue strength (5 106 cycles) is achieved at about 47 % of the initial tensile shear strength.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.177
Seibold, Marc; Friedmann, Hannes; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Process control by real-time pulse shaping in laser beam welding of different material combinations. - In: 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], (2020), S. 769-774

Joining of metallic material combinations with limited solubility is a challenging task. Because of low solubility, such material combinations lead to the formation of intermetallic compounds (IMC) during common weld bath. IMC then lead to increased hardness and brittleness. Generally, these properties are undesirable and the aim is to reduce intermetallics to a minimum. In this contribution, a process control by real-time pulse shaping is realized, whereby the power is adjusted in each individual pulse. The material-specific emissions are continuously detected by photodiodes and used as control variable. By equipping the photodiodes with band-pass filters, the wavelength can be selected in a material-dependent manner. The control loop including data processing and pulse shaping as well as the connection to the power supply of the laser beam source is realized by a novel system in less than 10 µs. This enables laser welding of different metals with a nearly constant penetration depth at the boundary layer and, therefore, the limitation of IMC.



https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.137
Kästner, Christian; Neugebauer, Matthias; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Strategies for increasing the productivity of pulsed laser cladding of hot-crack susceptible nickel-base superalloy Inconel 738 LC. - In: Journal of manufacturing and materials processing, ISSN 2504-4494, Bd. 4 (2020), 3, 84, S. 1-23

A novel repair strategy based on decoupled heat source for increasing the productivity of wire-assisted pulsed laser cladding of the [gamma]'-precipitation strengthening nickel-base superalloys Inconel 738 low carbon (IN 738 LC, base material) and Haynes 282 (HS 282, filler material) is presented. The laser beam welding process is supported by the hot-wire technology. The additional energy is utilized to increase the deposition rate of the filler material by increasing feeding rates and well-defining the thermal management in the welding zone. The simultaneous application of laser pulse modulation allows the precise control of the temperature gradients to minimize the hot-crack formation. Accompanying investigations such as high-speed recordings and numerical simulations allow a generalized statement on the influence of the adapted heat management on the resulting weld seam geometry (dilution, aspect ratio and wetting angle) as well as the formation of hot-cracks and lack of fusion between base and filler material. Statistical analysis of the data - the input parameters like laser pulse energy, pulse shape, hot-wire power and wire-feeding rate in conjunction with the objectives like dilution, aspect ratio, wetting angle and hot-cracking behavior - revealed regression functions to predict certain weld seam properties and hence the required input parameters.



https://doi.org/10.3390/jmmp4030084
Schricker, Klaus; Ganß, Martin; Könke, Carsten; Bergmann, Jean Pierre
Feasibility study of using integrated fiber optical sensors to monitor laser-assisted metal-polymer joining. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 64 (2020), 9, S. 1565-1578

The possibilities and challenges of using fiber optical sensors to monitor the laser-assisted joining of metal-polymer joints have been described in this article. Fundamental investigation proves the basic suitability of the measuring method for this application and studies the effect of essential influencing variables of the joining process - e.g., the clamping force - on the resulting sensor signals. In addition, the strain state (because of the process temperature and shrinkage of the polymer) of the parts to be joined can be traced as a function of the joining partners, the process parameters, and the material thicknesses. It is shown that the fiber optical method is suitable for process monitoring directly in the joining zone of metal-polymer hybrids and providing a tool for detailed strain measurements in the joint zone during subsequent component testing.



https://doi.org/10.1007/s40194-020-00942-y
Hasieber, Michael; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
A novel approach for the detection of geometric- and weight-related FSW tool wear using stripe light projection. - In: Journal of manufacturing and materials processing, ISSN 2504-4494, Bd. 4 (2020), 2, 60, S. 1-20

https://doi.org/10.3390/jmmp4020060
Chehreh, Abootorab; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Walther, Frank
Effect of corrosion and surface finishing on fatigue behavior of friction stir welded EN AW-5754 aluminum alloy using various tool configurations. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 13 (2020), 14, 3121, insges. 20 S.

https://doi.org/10.3390/ma13143121
Fröhlich, Fabian; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Herstellung individueller Strukturen aus silikatischen Werkstoffen mittels Wire-Laser Additive Manufacturing. - In: Glasbau ..., (2020), S. 287-298

Gierth, Maximilian; Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Scholl, Jonas; Bergmann, Jean Pierre
Wire arc additive manufacturing (WAAM) of aluminium alloy AlMg5Mn with energy-reduced gas metal arc welding (GMAW). - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 13 (2020), 12, 2671, insges. 22 S.

https://doi.org/10.3390/ma13122671
Ullrich, Johannes; Seul, Thomas; Bergmann, Jean Pierre; Hildebrand, Jörg; Ali, Yarop; Jahn, Simon; Dahms, Steffen; Eilenberger, Daniel
M07-256 : Additive manufacturing of large, temperature-controlled injection molding tools using arc welding and diffusion bonding. - In: SPE ANTEC 2018, (2020), S. 275-281

Henckell, Philipp; Gierth, Maximilian; Ali, Yarop; Reimann, Jan; Bergmann, Jean Pierre
Reduction of energy input in wire arc additive manufacturing (WAAM) with gas metal arc welding (GMAW). - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 13 (2020), 11, 2491, insges. 18 S.

https://doi.org/10.3390/ma13112491
Alter, Lukas; Heider, Andreas; Bergmann, Jean Pierre
Influence of hydrogen, oxygen, nitrogen, and water vapor on the formation of pores at welding of copper using laser light at 515 nm wavelength. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 32 (2020), 2, 022020, S. 022020-1-022020-7

https://doi.org/10.2351/7.0000063
Augustin, Silke; Fröhlich, Thomas; Krapf, Gunter; Bergmann, Jean Pierre; Grätzel, Michael; Gerken, Jan Ansgar; Schmidt, Kiril
Challenges of temperature measurement during the friction stir welding process. - In: Measuring Equipment and Metrology, ISSN 2617-846X, Bd. 81 (2020), 1, insges. 8 S.

The exact determination of the process zone temperature can be considered as an increasingly important role in the control and monitoring of the friction stir welding process (FSW). At present, temperature measurement is carried out with the aid of a temperature sensor integrated into the tool (usually thermocouples). Since these cannot be attached directly to the joining area, heat dissipation within the tool and to the environment cause measurement deviations as well as a time delay in the temperature measurement. The article describes a process and the challenges that arise in this process, how a direct temperature measurement during the process can be achieved by exploiting the thermoelectric effect between tool and workpiece, without changing the tool by introducing additional temperature sensors.



https://doi.org/10.23939/istcmtm2020.01.034
Labus Zlatanovic, Danka; Balos, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre; Köhler, Tobias; Grätzel, Michael; Sidjanin, Leposava; Goel, Saurav
An experimental study on lap joining of multiple sheets of aluminium alloy (AA 5754) using friction stir spot welding. - In: The international journal of advanced manufacturing technology, ISSN 1433-3015, Bd. 107 (2020), 7/8, S. 3093-3107

Friction stir spot welding (FSSW) process is widely used in the automotive industry for a range of applications such as battery components, standard wire connectors and terminals. This manuscript addresses two grand challenges in the arena of FSSW, hitherto, unaddressed in the extant literature: (i) lap joining of thin sheets (0.3 mm thickness) of AA 5754 alloy and (ii) lap joining of more than two sheets using FSSW. To accomplish this task, a novel pinless convex-shaped tool was designed to alter the stress state while gradually advancing the tool which led to achieving stress state necessary for obtaining defect-free lap joints. The weld joints were inspected by optical microscopy, SEM imaging and analysed by nanoindentation tests and Vickers microindentation tests for assessment of the quality of the weld interface (WI). Process parameters of FSSW such as torque on the tool and axially applied load were used to analytically obtain the average local measure of peak normal and axial stresses as well as the coefficient of friction in the contact zone. In samples welded at low rotational speeds, the strain-hardening mechanism was seen dominating in contrast to samples welded at higher rotational speeds, which showed thermal softening. As a direct consequence of this, the samples welded at low rotational speeds showed much higher hardness at the weld surface than the samples welded at higher speeds. A strong transition of strain hardening to thermal softening was noticeable beyond an applied strain rate of 400 s^-1.



https://doi.org/10.1007/s00170-020-05214-z
Spaniol, Erik; Trautmann, Marcus; Ungethüm, Tim; Hertel, Martin; Füssel, Uwe; Henckell, Philipp; Bergmann, Jean Pierre
Development of a highly productive GMAW hot wire process using a two-dimensional arc deflection. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 64 (2020), 5, S. 873-883

Gas metal arc welding (GMAW) processes are used in a wide range of applications due to their high productivity and flexibility. Nevertheless, the supplied melting wire electrode leads to a coupling of material and heat input. Therefore, an increase of the melting rate correlates with an increase of the heat input by the arc at the same time. A possibility to separate material and heat input is to use an additional wire, which reduces penetration and worsens the wetting behaviour. Consequently, bead irregularities such as bonding defects or insufficient root weldings can occur. In the context of this article, a controlling system for a two-dimensional magnetic arc deflection is presented, which allows to influence arc position as well as material transfer. The analysed GMAW hot wire process is characterised by high melting rates while also realising a sufficient penetration depth and wetting behaviour.



https://doi.org/10.1007/s40194-020-00880-9
Köhler, Tobias; Schiele, Martin; Glaser, Marcus; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Augsburg, Klaus
In-situ monitoring of hybrid friction diffusion bonded EN AW 1050/EN CW 004A lap joints using artificial neural nets. - In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, ISSN 2041-3076, Bd. 234 (2020), 5, S. 766-785

In this work, a dissimilar copper/aluminum lap joint was generated by force-controlled hybrid friction diffusion bonding setup (HFDB). During the welding process, the appearing torque, the welding force as well as the plunge depth are recorded over time. Due to the force-controlled process, tool wear and the use of different materials, the resulting data series varies significantly, which makes quality assurance according to classical methods very difficult. Therefore, a Convolutional Neural Network was developed which allows the evaluation of the recorded process data. In this study, data from sound welds as well as data from samples with weld defects were considered. In addition to the different welding qualities, deviations from the ideal conditions due to tool wear and the use of different alloys were also considered. The validity of the developed approach is determined by cross validation during the training process and different amounts of training data. With an accuracy of 88.5%, the approach of using Convolutional Neural Network has proven to be a suitable tool for monitoring the processes.



https://doi.org/10.1177/1464420720912773
Grätzel, Michael; Hasieber, Michael; Löhn, Torsten; Bergmann, Jean Pierre
Reduction of friction stir welding setup loadability, process forces and weld seam width by tool scaling. - In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, ISSN 2041-3076, Bd. 234 (2020), 5, S. 786-795

Friction stir welding is an increasingly used method to join similar and dissimilar materials with excellent mechanical weld seam properties. However, in certain cases, friction stir welding is restricted by high mechanical loads as a result of high forces and torques during the welding process. This relates in particular stiffness-reduced machine concepts which may cause path deviations, massive vibrations and insufficient tool plunging. Against this background, this investigation demonstrates a method to reduce forces and torques by tool scaling. Due to the stepwise diameter reduction of shoulder and probe and a simultaneous adjustment of the process parameters, a significant force and spindle torque reduction was achieved. Furthermore, it could be shown that tool scaling does not affect the mechanical strength properties. The experimental investigations were carried out with EN AW 5754 H11 with a sheet thickness of 8 mm. The weld seams were performed on a robotized friction stir welding setup (KUKA KR500) with a maximum axial force of 10 kN. Based on a 26-mm shoulder and a 10-mm pin diameter, it could be demonstrated that the general weldability of 8 mm EN AW 5754 H11 is restricted (incomplete tool plunge) by the maximum axial force of the robotized friction stir welding setup (10 kN). Due to the stepwise reduction of the shoulder and probe diameter from 26 mm to 20.8 mm and 10 mm to 8 mm, respectively, a general weldability and weld seams without irregularities could be achieved by the equal robotized friction stir welding setup. Furthermore, it could be shown that an axial force and spindle torque reduction from 10 kN to 4 kN and 29 Nm to 10 Nm, respectively, was obtained due to further reduction of the tool diameters.



https://doi.org/10.1177/1464420720903331
Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Junger, Christina
Effect of local gas flow in full penetration laser beam welding with high welding speeds. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 10 (2020), 5, 1867, S. 1-19

Spatter formation is a major issue in deep penetration welding with solid-state lasers at high welding speeds above 8 m/min. In order to limit spatter formation, the use of local gas flows represents a technically feasible solution. By using the gas flow, the pressure balance inside the keyhole, and therefore the keyhole stability, is affected. Existing investigations demonstrate a reduction in spatter and pore formation for partial penetration welding up to a welding speed of 5 m/min. However, the effect of the gas flow is not yet clarified for full penetration welding at welding speeds above 8 m/min. By using a precisely adjustable shielding gas supply, the effect of a local gas flow of argon was characterized by welding stainless steel AISI304 (1.4301/X5CrNi18-10). The influence of the gas flow on the melt pool dynamics and spatter formation was recorded by means of high-speed videography and subsequently analyzed by image processing. Schlieren videography was used to visualize the forming flow flied. By the use of the gas, a change in melt pool dynamics and gas flow conditions was observed, correlating to a reduction in loss of mass up to 70%. Based on the investigations, a model of the acting effect mechanism was given.



https://doi.org/10.3390/app10051867
Schricker, Klaus; Samfaß, Lisa; Grätzel, Michael; Ecke, Gernot; Bergmann, Jean Pierre
Bonding mechanisms in laser-assisted joining of metal-polymer composites. - In: Journal of advanced joining processes, ISSN 2666-3309, Bd. 1 (2020), 100008, insges. 12 S.

Metal-Plastic hybrid components and assemblies are gaining importance due to novel lightweight constructions and a growing integration of functions by using the right material at the right place. Thermal joining enables a joining technology for thermoplastic materials and engineering metals without using adhesive or joining elements. The paper provides novel investigations on the interaction between form fit and physicochemical interactions due to the combined use of specifically used oxide layers, interaction barriers and defined surface structuring by laser processing. Thereby, the design of experiments allows the investigation of the form fit as dominant interaction mode.



https://doi.org/10.1016/j.jajp.2020.100008
Seifarth, C.; Nachreiner, R.; Hammer, Stefan; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Layher, Michel; Hopf, Andreas; Bliedtner, Jens; Meyer, W.; Schönewerk, J.; Rauch, K.; Poppinga, J.; Jähnert, T.
Hybrid additive multi material processing - high-resolution hybrid additive multimaterial production of individualized products :
Hybride additive Multimaterialbearbeitung. - In: Werkstattstechnik, ISSN 1436-4980, Bd. 109 (2019), 06, S. 417-422

Das Ziel von HyAdd3D ist es, mit neuer Anlagentechnik komplexe Bauteile additiv zu fertigen und gleichzeitig den Anforderungen einer Multimaterialfertigung gerecht zu werden. Das Projekt umfasst die Entwicklung einer hybriden Verfahrenslösung, welche in der Lage ist, neue Materialien mit funktionalen Zusatzstoffen zu verarbeiten. Der Beitrag beschreibt den HyAdd3D-Ansatz und beleuchtet den aktuellen Projektstand. Abschließend werden die aktuellen Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick auf die folgenden Entwicklungsschritte gegeben.



https://doi.org/10.37544/1436-4980-2019-06-19
Labus Zlatanovic, Danka; Balos, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre; Grätzel, Michael; Rajnovic, Dragan; Köhler, Tobias; Sidjanin, Leposava
Friction stir spot welding of multiple ultrathin sheets of aluminium-magnesium alloy. - In: Proceedings from the 14th Multinational Congress on Microscopy, (2019), S. 368-370

Nowadays, the use of light alloys in automotive and aerospace industries is increased, due to the higher demand for weight reduction. Substitution of copper by aluminium is widely persuaded in order to save weight and material costs, for battery components and wire connectors. The decreasing in the energy requirements of the manufacturing processes is also desirable, as well as the stability of material cost on the market. Therefore, the development of joining technologies of aluminium and its alloys, with acceptable weld characteristics and minimal energy consumption is demanded [1-3]. Friction stir welding (FSW) is the technique which was developed at The Welding Institute (TWI) UK in 1991 [3-8]. It offers various advantages such as small or no distortion, high mechanical properties, low energy consumption, no consumable material or shielding gas are needed, it offers convenient microstructure and is especially well suited to the welding of aluminium alloys [7]. The basic concept is relatively simple. A rotating tool with a special designed pin and shoulder penetrates the upper side of the sheet in the overlapping area until a certain plunge depth is reached. The process lasts until the sheets are joined. Then the rotational tool retracts, and a keyhole is formed. The keyhole affects surface quality and mechanical properties of the joints, especially on thin aluminium sheets. In this paper, the convex pin-less tool is used to overcome this disadvantage. The aim of this study is to evaluate influence of rotational speed on the microstructure of four-layer lap-joint from ultrathin aluminium-magnesium sheets during friction stir spot welding (FSSW).



Kästner, Christian; Schmidt, Leander; Leinhoß, Robert; Behr, Anna; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Produktivitätssteigerung beim gepulsten Laserstrahlauftragschweißen von Nickelbasis-Superlegierungen durch Entkopplung der Wärmeanteile. - In: 11. Mittweidaer Lasertagung, (2019), S. 3-8

Eiber, Mathias; Faber, Daniela; Bergmann, Jean Pierre
Blockchain als Datenscheibe für kooperative Wertschöpfung. - In: Ingenieur-Spiegel, ISSN 1868-5919, (2019), 3, S. 66-67

Köhler, Tobias; Grätzel, Michael; Kleinherz, Ludwig; Bergmann, Jean Pierre
Gewichtsreduzierung beim Bordnetz: die richtige Mischung macht's. - In: Bordnetz, (2019), S. 14-19

Chehreh, Abootorab; Grätzel, Michael; Klein, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Walther, Frank
Fatigue behavior of friction stir welded EN AW 5754 aluminum alloy using load increase procedure. - In: World Academy of Science, Engineering and Technology, Bd. 13 (2019), 2, S. 108-113

https://doi.org/10.5281/zenodo.2571954
Köhler, Tobias; Regensburg, Anna; Petzoldt, Franziska; Bergmann, Jean Pierre
Eutectic phase formation during friction stir spot welding of aluminum and copper dissimilar joints. - In: 7th International Brazing and Soldering Conference 2018, (2019), S. 62-68

Schricker, Klaus; Glaser, Marcus; Bergmann, Jean Pierre
Applied machine learning for predicting the weld seam geometry based on the example of laser-assisted metal-plastic joining. - In: Lasers in Manufacturing 2019, (2019), insges. 10 S.

Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Hickethier, Steen
Effect of gas flow on spatter formation in deep penetration welding at high welding speeds. - In: Lasers in Manufacturing 2019, (2019), insges. 7 S.

Hellwig, Peter; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Investigations on material removal mechanisms of steel by means of laser processing for balancing processes. - In: Lasers in Manufacturing 2019, (2019), insges. 8 S.

Szallies, Konstantin; Friedmann, Michael; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre
One-sided resistance spot welding of plastic-metal hybrid joints - characterization of the joining zone. - In: 22nd Symposium on Composites, (2019), S. 183-189

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.809.183
Regensburg, Anna; Bergmann, Jean Pierre
Unter Nutzung der eutektischen Reaktion Al/Cu-Verbindungen rührreib-punktschweißen. - In: Draht, ISSN 0012-5911, Bd. 70 (2019), 4, S. 18-19

Köhler, Tobias; Yu, Cheng-Nien; Schmidt, Kiril; Grätzel, Michael; Wu, Yangyang; Bergmann, Jean Pierre; Sekulic, Dusan P.
Development of a repair process for manmade structures in space by using aluminium brazing and friction stir spot welding. - In: Welding technology review, ISSN 2449-7959, Bd. 91 (2019), 9, S. 39-49

https://doi.org/10.26628/wtr.v91i9.1072
Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Bergmann, Jean Pierre
Additive Fertigung verschleißbeständiger Verbundstrukturen mittels Metall-Schutzgasschweißprozess. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 71 (2019), 7, S. 426-431

Szallies, Konstantin; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Einseitiges Fügen von Aluminium-Stahl-Verbunden durch konduktive Erwärmung. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 71 (2019), 9, S. 596-601

Schmidt, Leander; Nagel, Falk; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Bourgin, Yannick; Wüster, Julian; Sinzinger, Stefan
Spritzerarmes Laserstrahlschweißen bei hohen Schweißgeschwindigkeiten unter Einsatz angepasster Intensitätsverteilungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 71 (2019), 8, S. 520-527

Glaser, Marcus; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Schaaf, Benjamin; Abeln, Björn; Richter, Carl Hans Otto; Feldmann, Markus
Flächige Bewertung des Spannungszustandes an Baugläsern mittels Spannungsoptik. - In: Glasbau ..., (2019), S. 129-139

Kuhlmann, Ulrike; Spiegler, Jennifer; Schmidt-Rasche, Christina; Volz, Michael; Günther, Hans-Peter; Hildebrand, Jörg
Geschweißte Verbindungen höherfester Stähle. - In: Stahlbau Kalender, ISSN 1438-1192, Bd. 21 (2019), S. 265-308

https://doi.org/10.1002/9783433609873.ch4
Augustin, Silke; Fröhlich, Thomas; Krapf, Gunter; Bergmann, Jean Pierre; Grätzel, Michael; Gerken, Jan Ansgar; Schmidt, Kiril
Challenges of temperature measurement during the friction stir welding process :
Herausforderungen der Temperaturmessung während des Rührreibschweißprozesses. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 86 (2019), 12, S. 765-772

https://doi.org/10.1515/teme-2019-0108
Rasche, Stefan; Hage, Sina; Ruth, Jürgen; Linne, Katrin; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
3D printed fiber reinforced hinges for adaptive folded plates :
HiPlast - 3D-gedruckte faserverstärkte Gelenkpunkte für adaptive Faltwerke. - Stuttgart : Fraunhofer IRB Verlag. - 160 Seiten. - (Forschungsinitiative ZukunftBau ; F 3145) ISBN 978-3-7388-0405-8
Förderkennzeichen: SWD-10.08.18.7-16.51

Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Strategie zur Skalierung der Rührreibschweißwerkzeuge unter besonderer Berücksichtigung der Werkzeug-Werkstoff-Wechselwirkung. - In: Jahrbuch Schweisstechnik ..., ISSN 0935-0292, Bd. 2020 (2019), S. 344-353

Petzoldt, Franziska; Regensburg, Anna; Bergmann, Jean Pierre; Dumpies, Alexander; Broda, Tobias; Keitel, Steffen
Entwickeln der Pressschweißverfahren zum Fügen von Kupfer mit Aluminium durch die kontrollierte Bildung eines Eutektikums. - In: Jahrbuch Schweisstechnik ..., ISSN 0935-0292, Bd. 2020 (2019), S. 280-291

Grätzel, Michael; Sieber, Felix; Schick-Witte, Konstantin; Köhler, Tobias; Bergmann, Jean Pierre; Weigl, Markus
Rührreibschweißmethoden für Anwendungen in der Elektromobilität: eine vergleichende Gegenüberstellung auf Basis prozesstechnologischer und mechanischer Eigenschaften. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 554-559

Weigl, Markus; Grätzel, Michael
Schweißen von Strukturkomponenten aus Aluminium: Lichtbogen-, Laserstrahl- oder Rührreibschweißen?. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 550-553

Spaniol, Erik; Trautmann, Marcus; Hertel, Martin; Füssel, Uwe; Henckell, Philipp; Bergmann, Jean Pierre
Entwicklung eines MSG-Hochleistungsverfahrens mit Zusatzdraht und magnetischer Auslenkung. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 525-532

Bergmann, Jean Pierre; Pett, N.
Digitalisierung in der Schweißtechnik - was müssen wir beachten?. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 502-504

Lubosch, D.; Gaßmann, C.; John, F.; Tsombanis, Nikolas; Eiber, Mathias; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Lichtbogenbasierte additive Fertigung auf dem Weg zum intelligenten 3D-Druck. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 426-434

Erven, Maren; Feucht, Thilo; Lange, Jörg; Eiben, Mathias; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Numerische und experimentelle Untersuchungen von Knoten im konstruktiven Stahlbau. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 287-295

Seyfarth, Michael; Grätzel, Michael; Szallies, Konstantin; Bergmann, Jean Pierre
Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Punktschweißverbindungen. - In: DVS Congress 2019, (2019), S. 56-62

Seibold, Marc; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Characterization of optical spectrum in laser beam welding of dissimilar aluminum-copper joints and time-dependent correlation to process stages. - In: Photonics and education in measurement science 2019, (2019), S. 111440U-1-111440U-12

https://doi.org/10.1117/12.2533476
Köhler, Tobias; Raab, Mathias; Regensburg, Anna; Bergmann, Jean Pierre
Liquid interlayer formation during torsional ultrasonic welding of EN CW004A and EN AW1050. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 63 (2019), 5, S. 1187-1194

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Grätzel, Michael; Weigl, Markus; Regensburg, Anna; Bergmann, Jean Pierre
Process force reduction during friction stir welding of EN AW 6060 T66 with scaled tool diameters. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 18 (2019), 1, S. 52-57

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Bielenin, Martin; Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Prevention of solidification cracking by use of a diode laser superposition in pulsed laser beam welding. - In: High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems VIII, (2019), Seite 109110W-1-109110W-9

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Szallies, Konstantin; Bielenin, Martin; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Neudel, Christian
Single-side resistance spot joining of polymer-metal hybrid structures. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 63 (2019), 4, S. 1145-1152

https://doi.org/10.1007/s40194-019-00728-x
Petzoldt, Franziska; Regensburg, Anna; Dumpies, Alexander; Broda, Tobias; Bergmann, Jean Pierre; Keitel, Steffen
Entwickeln der Pressschweißverfahren zum Fügen von Kupfer mit Aluminium durch die kontrollierte Bildung eines Eutektikums. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 71 (2019), 3, S. 112-118

Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Metz, Andreas; Bergmann, Jean Pierre; Reimann, Jan
In situ production of titanium aluminides during wire arc additive manufacturing with hot-wire assisted GMAW process. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 9 (2019), 5, 578, insges. 13 S.

https://doi.org/10.3390/met9050578
Brauer, Hartmut; Otterbach, Jan Marc; Ziolkowski, Marek; Töpfer, Hannes; Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Friction stir weld inspection using the motion induced eddy current testing technique. - In: AIP conference proceedings, ISSN 1551-7616, Bd. 2102 (2019), 080004, insges. 10 S.

https://doi.org/10.1063/1.5099812
Grätzel, Michael; Regensburg, Anna; Hasieber, Michael; Gerken, Jan Ansgar; Schürer, René; Bergmann, Jean Pierre
Scaling effects during friction stir welding of aluminum alloys with reduced tool aspect ratios. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 63 (2019), 2, S. 337-347

https://doi.org/10.1007/s40194-018-0666-7
Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Dehnungsbasierter Ansatz für die schnelle Verzugsermittlung generativ hergestellter Strukturen. - In: Stahlbau, ISSN 1437-1049, Bd. 88 (2019), 4, S. 370-377

https://doi.org/10.1002/stab.201900022
Nagel, Falk; Brömme, Lucas; Bergmann, Jean Pierre
Effects of two superimposed laser beams on spatter formation during laser welding of high alloyed steel. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 31 (2019), 2, S. 022005, insges. 8 S.

https://doi.org/10.2351/1.5040572
Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Hussenöder, Felix; Eiber, Mathias
Characterization of a granulate-based strand deposition process in the FLM-method for definition of material-dependent process strategies. - In: Rapid prototyping journal, ISSN 1758-7670, Bd. 25 (2019), 1, S. 104-116

https://doi.org/10.1108/RPJ-09-2017-0186
Ali, Yarop; Henckell, Philipp; Hildebrand, Jörg; Reimann, Jan; Bergmann, Jean Pierre; Barnikol-Oettler, Sebastian
Wire arc additive manufacturing of hot work tool steel with CMT process. - In: Journal of materials processing technology, Bd. 269 (2019), S. 109-116

https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.01.034
Kotschote, Christian;
Widerstandspunktschweißen mit Stanzelement : prozesstechnische und werkstoffliche Besonderheiten von Aluminium-Stahl-Blechverbindungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (XIX, 165 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 7)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Aluminium und Stahl sind Leichtbauwerkstoffe und im Automobilbau nicht mehr wegzudenken. Beide Werkstoffe miteinander zu verbinden, stellt besonders die Fügetechnik vor großen Herausforderungen. Das Fügen mittels Widerstandspunktschweißen oder anderen thermischen Fügeverfahren führt beim Verbinden von Aluminium mit Stahl in der Regel zur Ausbildung von intermetallischen Phasen. Zusätzlich erschweren die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Werkstoffe den Schweißprozess und damit einen Einsatz im Fahrzeugbau. Aufgrund der hohen Zugfestigkeit höchstfester Stähle gelangen mechanische Fügeverfahren, wie beispielsweise das Halbhohlstanznieten, ebenfalls an ihre Prozessgrenzen. Mit Hilfe eines zusätzlichen Stanzelements wurde ein neuartiger Ansatz zum Widerstandspunktschweißen von Aluminium und Stahl entwickelt und dessen prozesstechnische und werkstoffliche Besonderheiten erforscht. Das Ziel war die Bestimmung der Verbindungsausbildung vom Stanzelementprozess und der Einfluss der Schweißlinsenbildung auf die Charakteristik der Gesamtverbindung. In den Untersuchungen konnte die Buckelhöhe als grundlegende Prozessgröße identifiziert werden. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Schmelzenbildung im Stahl beginnt. Die Untersuchungen der Schweißlinsenbildung und deren Einfluss auf die Elementverformung brachte die Erkenntnis, dass die Ausprägung des Stanzelements im Aluminiumsubstrat dominierend durch den Stanzelementprozess gesteuert wird. Eine thermische Belastung innerhalb der Schweißbereichsgrenzen beeinflusst die geometrischen Kennwerte nur geringfügig. Mithilfe einer eigens entwickelten Kopfzugmethode konnte der Nachweis erbracht werden, dass die Vorbelastung des Stanzelements einen Einfluss auf das Versagensverhalten hat. Zudem war es mit dieser Prüfung möglich, die Verbindungsfestigkeiten sowohl nach dem Primär- als auch nach dem Sekundärprozess zu bestimmen. Der Vergleich der Kopfzugkräfte ergab eine festigkeitsmindernde Wirkung des Schweißprozesses. Untersuchungen des Aluminiumsubstrates zeigten Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge entlang der Prozesskette, welche als Ursache für die festigkeitsmindernde Wirkung identifiziert wurde. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit konnte durch eine nachträgliche Ausscheidungshärtung des Aluminiummaterials erreicht werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000583
Regensburg, Anna; Petzoldt, Franziska; Benss, Tobias; Bergmann, Jean Pierre
Liquid interlayer formation during friction stir spot welding of aluminum/copper. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 63 (2019), 1, S. 117-125

https://doi.org/10.1007/s40194-018-0620-8
Patschger, Andreas; Bergmann, Jean Pierre
Laserstrahlquellen mit höheren Brillanzen: Eigenheiten bei der Prozessentwicklung zum Fügen. - In: Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, (2018), S. 601-610

Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Reimann, Jan; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Wire arc additive manufacturing of wear resistant compound structures by gas metal arc welding. - In: Hybrid Materials and Structures, (2018), S. 233-238

https://edocs.tib.eu/files/e01fn18/1017765650.pdf
Szallies, Konstantin; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Neudel, Christian
Single side resistance spot welding with a coaxial electrode arrangement for joining plastic-metal-hybrid structures. - In: Hybrid Materials and Structures, (2018), S. 227-232

https://edocs.tib.eu/files/e01fn18/1017765650.pdf
Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Hopfeld, Marcus; Spieß, Lothar
Characterization of the joining zone in laser direct joining between thermoplastics and metals. - In: Hybrid Materials and Structures, (2018), S. 210-215

https://edocs.tib.eu/files/e01fn18/1017765650.pdf
Kohl, Marie-Luise; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Lohse, Martin; Hertel, Martin; Füssel, Uwe
Surface preparation of stells based on tungsten inert gas arc processing for laser-based joining of metal-plastic components. - In: Hybrid Materials and Structures, (2018), S. 188-194

https://edocs.tib.eu/files/e01fn18/1017765650.pdf
Layher, Michel; Bliedtner, Jens; Schilling, Martin; Schmidt, Leander; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Klaeger, Uwe; Chodura, Erika; Kramer, Hannes
Conceptual development of a high-productive fabrication system for additive manufactured large-scale items from arbitrarily chosen plastics. - In: DDMC 2018, (2018), S. 102-107

Regensburg, Anna; Köhler, Tobias; Petzoldt, Franziska; Bergmann, Jean Pierre
Rührreibpunktschweißen von Aluminium-Kupfer-Verbindungen unter Nutzung der eutektischen Reaktion. - In: Metall, ISSN 0026-0746, Bd. 72 (2018), 11, S. 440-443
Richtiger Name der Verfasserin: Franziska Petzoldt

Schricker, Klaus;
Charakterisierung der Fügezone von laserbasiert gefügten Hybridverbunden aus teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffen und Metallen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (204 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Das thermische Fügen ermöglicht die direkte Herstellung von Kunststoff-Metall-Verbunden ohne Verwendung von Zusatzstoffen oder Fügehilfselementen. Im Rahmen der Arbeit wurde die Fügezone zwischen teilkristallinen Kunststoffen und Metallen im laserbasierten Fügen beschrieben und der Einfluss auf die mechanischen Verbundeigenschaften ermittelt. Zur Abbildung eines breiten Anwendungsspektrums wurden die Untersuchungen anhand von Aluminium (EN AW 6082) und Stahl (X5CrNi18-10) sowie für PA 6, PA 6.6 und PP durchgeführt. Die Charakterisierung der Fügezone erfolgte an Punktverbindungen sowie unter Einsatz eines Halbschnittversuchsstandes. Auf Basis von experimentellen Untersuchungen sowie der thermischen Simulation konnte die Fügezone anhand charakteristischer Isothermen verallgemeinert werden. Darauf aufbauend wurden wesentliche Vorgänge innerhalb der Fügezone (Schmelzen/Erstarren, Blasenbildung, Strömung) erfasst und mit dem Temperaturfeld bzw. werkstoffspezifischen Eigenschaften verknüpft. Die Schmelzzone innerhalb des Kunststoffes ist dabei maßgeblich für die Verbundherstellung zwischen beiden Werkstoffen und weist gegenüber dem Grundwerkstoff eine veränderte Morphologie sowie modifizierte Materialeigenschaften auf. Die Größe der Schmelzzone zeigt eine hohe Sensitivität gegenüber der Materialstärke des metallischen Fügepartners, der Laserstrahlleistung sowie dem Schmelzintervall des Kunststoffes. Im Hinblick auf die Verbundentstehung wurde die Bedeutung der Temperaturverteilung gegenüber der Fügezeit zur Füllung der Oberflächenstrukturen sowie eine unterstützende Wirkung der Volumenzunahme im Phasenübergang fest-flüssig nachgewiesen.Die gewonnen Erkenntnissen wurden auf Überlappverbindungen übertragen und die Fügezone in Abhängigkeit der Streckenenergie charakterisiert. Darauf aufbauend erfolgte die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften eines Verbundes aus PA 6 mit EN AW 6082 hinsichtlich des kohäsiven Versagensverhaltens. Steigende Streckenenergien führten zu einer verringerten Duktilität des Verbundes in der mechanischen Kurzzeitprüfung sowie zu einer nachteiligen Beeinflussung des Ermüdungsverhaltens. Als maßgeblicher Effekt wurde die Sekundärkristallisation des Kunststoffes identifiziert, die auf eine Wärmebehandlung der Schmelzzone im Fügeprozess zurückgeführt und anhand von Auslagerungsversuchen an Vergleichsproben verifiziert werden konnte.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00038207
Schricker, Klaus; Diller, Sascha; Bergmann, Jean Pierre
Bubble formation in thermal joining of plastics with metals. - In: 10th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2018), S. 518-523

https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.132
Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Determination of sensitivity and thermal efficiency in laser assisted metal-plastic joining by numerical simulation. - In: 10th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2018), S. 511-517

https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.133
Kohl, Marie-Luise; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Lohse, Martin; Hertel, Martin; Füssel, Uwe
Thermal joining of thermoplastics to metals: surface preparation of steel based on laser radiation and tungsten inert gas arc process. - In: 10th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2018), S. 500-505

https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.135
Alter, Lukas; Heider, Andreas; Bergmann, Jean Pierre
Investigations on copper welding using a frequency-doubled disk laser and high welding speeds. - In: 10th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2018), S. 12-16

https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.003
Nagel, Falk; Brömme, Lucas; Bergmann, Jean Pierre
Description of the influence of two laser intensities on the spatter formation on laser welding of steel. - In: 10th CIRP Conference on Photonic Technologies, (2018), S. 475-480

https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.147
Schaaf, Benjamin; Abeln, Björn; Richter, Carl Hans Otto; Feldmann, Markus; Glaser, Marcus; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Baitinger, Mascha; Reshamvala, Marcel; Tsaklakidis, Marco; Siebert, Barbara; Herrmann, Tobias; Haese, Andreas
Development of a mobile device for the evaluation of the current in-situ stress condition in glass - experimental and numerical analysis for bonded and mechanical joints. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 2 (2018), 5/6, S. 435-444

Monitoring installation process and utilisation of glass and hybrid components in structural glass has become increasingly important. However, to date, there are no generally accepted standard procedures to evaluate the in-situ stress condition of a built-in glass. With the aid of photoelasticity a qualitative statement of the stress state in the glass can be made. For this reason, a measurement method and a functional model for a mobile device are being developed with which it is possible to measure in-situ and identify stress peaks, for example, due to incorrect assembly of a glass fitting. By supporting finite element method (FEM) simulations it is possible to transfer the qualitative results of photoelastic measurements into quantitative results.



https://doi.org/10.1002/cepa.943
Solf, Marie-Luise; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Lohse, Martin; Hertel, Martin; Füssel, Uwe
Laserbasiertes thermisches Fügen von lichtbogenstrukturierten Stählen mit thermoplastischen Kunststoffen. - In: Innovative Verfahren der Lasermaterialbearbeitung, (2018), S. 266-273

Schmidt, Leander; Nagel, Falk; Friedmann, Hannes; Reinhard, M.; Bergmann, Jean Pierre
Potentiale angepasster Intensitätsverteilungen zur Spritzerreduzierung beim Laserstrahlschweißen. - In: Innovative Verfahren der Lasermaterialbearbeitung, (2018), S. 86-96

Bergmann, Jean Pierre; Reimche, Maxim; Eiber, Mathias
Digitalisierung in der Fertigungskette - Fluch oder Segen für die Fügetechnik?. - In: DVS Congress 2018, (2018), S. 177-180

Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Reimann, Jan; Bergmann, Jean Pierre
Lichtbogenbasierte Additive Fertigung: Modellierung der Bauteileigenschaften. - In: DVS Congress 2018, (2018), S. 104-108

Bourgin, Yannick; Nagel, Falk; Feßer, Patrick; Bergmann, Jean Pierre; Sinzinger, Stefan
High power laser beam shaping for welding applications by means of diffractive elements. - In: Laser Beam Shaping XVIII, (2018), 107440X, insges. 7 S.

Laser welding by means of multi-kilowatt solid state lasers can be considerably improved if the focused welding spot is embedded in a pre-heating spot generated e.g. by an additional laser. To improve the compactness of the optical system, the same functionality can be effectively achieved by means of diffractive diffusers. Because such a diffractive optical solution may suffer from the presence of speckles, a comprehensive characterization of the laser source is performed. The paper includes the design, the compensation of the difference in the intensity levels, the fabrication and the optical performances of the fabricated DOEs. We furthermore present the functionality of the DOEs in the welding process.



https://doi.org/10.1117/12.2320579
Brumm, Stefan;
Leistungssteigerung beim Lichtbogenschweißen durch Verwendung von Drahtelektroden größeren Durchmessers. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (xvii, 141 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 6)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Bei der Herstellung geschweißter Konstruktionen ergeben sich heute aufgrund wirtschaftlicher Gesichtspunkte hohe Anforderungen an die Quantität, ohne dass dabei die Qualität vernachlässigt werden kann. Das Schweißverfahren bestimmt nicht nur die Mikrostruktur des erstarrten Gefüges und somit die mechanisch-technologischen Verbindungseigenschaften, sondern auch die Wirtschaftlichkeit. Bisher werden beim MSG-Schweißen Drahtelektroden mit Durchmessern bis zu 2,4 mm eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie sich die Vergrößerung des Drahtelektrodendurchmessers auf den MSG-Prozess in seiner Gesamtheit auswirkt. Dafür wurde der Stand der Technik der Hochleistungslichtbogenschweißverfahren beleuchtet und ein Modell aufgestellt. Die experimentellen Versuche erfolgten mit einer vollelektronischen, sekundär getakteten Hochleistungs-Stromquelle und teilten sich in zwei Schwerpunkte. Zum einen zur Schaffung von Grundlagen zur Lichtbogenausbildung sowie zum Prozessverständnis und zum anderen zur Qualifizierung des MSG-Dickdraht-Verfahrens. Dabei stand die Wechselwirkung zwischen Lichtbogen und Schweißnaht im Mittelpunkt. Überprüft wurden mögliche technologische Vorteile. Für die Untersuchung kamen Massivdrahtelektroden (G3Si1) mit unterschiedlichen Durchmessern (dd = 3,2 und 4,0 mm) zum Einsatz. Zur Prozess- und Lichtbogenanalyse wurde auf einem rohrförmigen Probekörper aus niedrig legiertem Stahl sowohl mit CV- als auch CC-Charakteristik geschweißt. Messtechnisch erfasst wurden Stromstärke und Spannung. Synchronisierte Hochgeschwindigkeitsaufnahmen dienten der Betrachtung und Beurteilung von Tropfenentstehung, -ablösung und Lichtbogenausbildung sowie Schmelzbaddynamik. Für die Ermittlung der Schweißverbindungseigenschaften wurden Bleche mit den Dicken von 12, 15 und 20 mm geschweißt. Durch Versuche konnte die optimale Schutzgaszumischung von 30 % Ar Rest CO2 in Bezug auf die Spritzerbildung und das innere sowie äußere Nahtaussehen ermittelt werden. Höhere Anteile an Ar waren nicht zielführend. Die umfassende Prozess- und Lichtbogenanalyse zeigte, dass beim MSG-Schweißen mit "dicken" Drahtelektroden die klassische schweißleistungsabhängige Einteilung der Lichtbogenarten, wie vom MSG-Schweißen mit Drahtdurchmessern bis 1,6 mm bekannt, in Kurz-, Übergangs- und Sprühlichtbogen nicht möglich ist. Ein sehr kurzer Lichtbogen, der unterhalb der Blechoberfläche brennt, erwies sich in allen untersuchten Leistungsbereichen als vorteilhaft, da die Spritzerhäufigkeit mit Steigerung der Lichtbogenlänge zunimmt. Aufgrund der hohen Regelgeschwindigkeit der Schweißmaschine ist ein Schweißen mit solch kurzen Lichtbögen möglich. Bei langen Lichtbögen, die aus der Blechoberfläche heraustreten, wird das Schweißgut aus dem Bereich der Fügezone verdrängt und es kommt zum "Schneid-Effekt". Das Lichtbogenplasma ist dominiert von Metalldampf. Dadurch hat die Schutzgaszusammensetzung keinen wesentlichen Einfluss auf die innere Schweißnahtgeometrie. Vergleichende Schweißversuche zeigten, dass bei Verwendung der CC-Kennlinie sowohl der Prozess stabiler abläuft als auch die Spritzerbildung geringer ist als bei Nutzung der CV-Kennlinie. Bei jeder Tropfenablösung ändert sich die Lichtbogenlänge, die durch die Regelung der Schweißmaschine ausgeglichen wird. Eine Delta U-Regelung verursacht eine Spannungsänderung, die sich auf eine spritzerarme Tropfenablösung positiv auswirkt. Hingegen verursacht die Delta I-Regelung bei einer Lichtbogenlängenänderung Stromschwankungen von bis zu 400 A, was dazu führt, dass die Tropfen unter Entstehung vieler Spritzer regelrecht weggesprengt werden. Für die Schweißverbindungen wurde deshalb mit der CC-Kennlinie gearbeitet. Beim UP-Schweißen wird die Schweißmaschinen-Kennlinie nach dem Drahtdurchmesser gewählt. Eine solche Auswahl kann beim MSG-Dickdraht-Schweißen nicht erfolgen. Die vom UP-Schweißen bekannte Faustformel der Strombelastbarkeit der Drahtelektrode von 200 multipliziert mit dem Drahtdurchmesser (Ergebnis in Ampere) kann für das MSG-Dickdraht-Schweißen angewendet werden. Es ist ein stabiler Prozess mit akzeptabler Schweißnahtqualität beim MSG-Schweißen mit einem Drahtelektrodendurchmesser von 3,2 mm und einer Stromstärke von 640 A möglich. Abschmelzleistungen von über 8 kg/h sind ohne Weiteres erreichbar. Durch Änderung der Streckenenergie infolge der Erhöhung der Stromstärke ist die Einschweißtiefe beeinflussbar. Ein weiterer Einflussfaktor auf die innere Schweißnahtgeometrie ist die Schweißgeschwindigkeit. Eine Steigerung der Schweißgeschwindigkeit führt aufgrund der Senkung der Streckenenergie zur Reduzierung der Einschweißtiefe. Mit dem verwendeten Versuchsaufbau konnte eine maximale Schweißgeschwindigkeit von 120 cm/min realisiert werden. Die obere und untere Grenze für die Schweißgeschwindigkeit ist abhängig von der Schweißleistung. Im Vergleich mit dem UP-Schweißen ist in Bezug auf die Nahtausbildung festzuhalten, dass die Oberflächenschuppung und Formung des Nahtäußeren beim UP-Schweißen wesentlich besser ausfällt. Eine Einstellung der Nahtbreite über die Lichtbogenspannung, wie es beim UP-Schweißen möglich ist, kann bei MSG-Dickdraht-Schweißen aufgrund der sehr kurz einzustellenden Lichtbögen nicht realisiert werden. Die Nahtbreite ist nur geringfügig über die Schweißgeschwindigkeit einstellbar. Es muss erwähnt werden, dass das MSG-Dickdraht-Schweißen im Gegensatz zum UP-Schweißen ein sehr sensibler Prozess ist, bei dem kleinste Prozessinstabilitäten zu Poren und -nestern im Schweißgut führen können. Um die Qualität der Schweißverbindung zu bestimmen, wurden verschiedene zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren eingesetzt. Die Sichtprüfungen sowie die Farbeindringprüfungen ergaben, dass die Schweißnähte hinsichtlich der Oberfläche in Bezug auf Einbrandkerben, Oberflächenporen und Risse bis auf wenige Ausnahmen eine hohe Qualität aufwiesen. Bei der Durchstrahlungsprüfung wurde festgestellt, dass aufgrund einer diskontinuierlichen Drahtförderung und Schweißbewegungen Poren im Nahtinneren entstanden. Porenfreie Schweißnähte können aber bei exakter Drahtförderung und kontinuierlicher Schweißgeschwindigkeit prozesssicher erzeugt werden. Härtespitzen im Bereich der Wärmeeinflusszone an der Schmelzlinie erreichen Maximalwerte von 326 HV10. Darüber hinaus erwies sich die Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes als weitaus besser als die des Grundwerkstoffes. Die Zugproben versagten bis auf eine Ausnahme im Grundwerkstoff. Ursache hierfür war ein Porennest am Nahtende, welches durch die oben genannte Prozessinstabilität entstand. Bei Einhaltung aller prozessbedingten Besonderheiten und unter Beachtung der verfahrensspezifischen Randbedingungen können mit dem MSG-Dickdraht-Verfahren anforderungsgerechte Schweißnähte hergestellt werden. Die Untersuchungen ergaben, dass die Lage/Gegenlage-Technik empfehlenswert ist. Schweißungen an 20 mm Blechen konnten mit einer Lage pro Seite und Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 90 cm/min prozesssicher ausgeführt werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000361
Witzendorf, P.; vonKaierle, Stefan; Kracht, Dietmar; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Prozessstrategie zur Stabilisierung des gepulsten Laserstrahlschweißens und zur Verbesserung der Nahtgüte beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen mittels Kombination eines Diodenlasers mit einem gepulsten Festkörperlaser. - In: Laser- und Elektronenstrahlschweißen von Aluminiumwerkstoffen, (2018), S. 33-44

Hildebrand, Jörg;
Additive Fertigung von temperierten Großwerkzeugen mittels Lichtbogen- und Diffusionsschweißtechnik. - In: Rapid.Tech + FabCon 3.D - International Trade Show & Conference for Additive Manufacturing, (2018), S. 29-44
Literaturangaben

Grätzel, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Strategie zur Skalierung der Rührreibschweißwerkzeuge unter besonderer Berücksichtigung der Werkzeug-Werkstoff-Wechselwirkung. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 70 (2018), 10, S. 728-734

Bergmann, Jean Pierre; Henckell, Philipp; Yarop, Ali; Reimann, Jan; Hildebrand, Jörg
Grundlegende wissenschaftliche Konzepterstellung zu bestehenden Herausforderungen und Perspektiven für die additive Fertigung mit Lichtbogen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 70 (2018), 5, S. 322-325

Güpner, Michael; Rietzke, Sebastian; Pätzold, Robert; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Process characterization of powder based laser metal deposition on thin substrates. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 30 (2018), 3, S. 032506, insges. 6 S.

https://doi.org/10.2351/1.5040630
Friedrich, Maria; Seiler, Michael; Waechter, Sebastian; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Precision structuring and functionalization of ceramics with ultra-short laser pulses. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 30 (2018), 3, S. 032501, insges. 7 S.

https://doi.org/10.2351/1.5040628
Moeini, Ghazal; Ramazani, Ali; Hildebrand, Jörg; Rößler, Christiane; Könke, Carsten
Study of the effect of microstructural variation on the low cycle fatigue behavior of laser welded DP600 steel: simulation and experimental validation. - In: Materials science & engineering. Structural materials / American Society for Metals. - Amsterdam : Elsevier, 1988- , ISSN: 1873-4936 , ZDB-ID: 2012154-4, ISSN 1873-4936, Bd. 730 (2018), S. 232-243

https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.06.004
Nagel, Falk; Patschger, Andreas; Bergmann, Jean Pierre; Bliedtner, Jens
Investigations on the active compensation of the focal shift in scanning systems using a temperature signal. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 57 (2018), 13, S. 3561-3569

https://doi.org/10.1364/AO.57.003561
Günther, Karsten;
Werkstofftechnische Betrachtungen zum Heißdraht unterstützten MSG-Auftragschweißen hartstoffverstärkter Verschleißschutzlegierungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XVI, 141 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 5)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Das Metall-Schutzgas(MSG)-Auftragschweißen von hartstoffverstärkten Verschleiß-schutzlegierungen weist trotz der einfachen Bedienbarkeit und des hohen Mechanisierungsgrades nur eine geringe Akzeptanz im Bereich der Beschichtungstechnik auf. Gründe hierfür liegen insbesondere in der unmittelbaren Korrelation zwischen dem Material- und Energieeintrag, wodurch hohe Drahtvorschübe zwangsläufig eine zunehmende thermische Werkstoffbeanspruchung zur Folge haben. Im praktischen Einsatz führt dies bereits bei geringen Abschmelzleistungen von ca. 5 kg/h zu hohen Aufschmelzgraden von bis zu 40 %. Zudem unterliegen temperaturempfindliche Hartphasen, wie z.B. Wolframschmelzkarbide (WSC), einer hohen thermischen Beanspruchung, was unter anderem auf die direkte Lichtbogenwechselwirkung zurückzuführen ist. Thermisch bedingte Zersetzungsprozesse führen hierbei zu einer Abnahme des WSC-Anteils, wodurch die Verschleißbeständigkeit gemindert wird. Mit Hilfe eines zusätzlich dem Schmelzbad zugeführten Heißdrahtes wurde ein neuartiger Ansatz entwickelt und erforscht, um den Energie- und Materialeintrag beim MSG-Auftragschweißen zu entkoppeln. Neben den verringerten Prozessleistungen bei gleichbleibender Auftragmasse wurde dies insbesondere durch die Verringerung der Schmelzbadtemperaturen nachgewiesen. Hierdurch konnte eine hochproduktive Herstellung aufmischungsarmer Verschleißschutzschichten umgesetzt werden. Die Auswirkung auf die Hartphasencharakteristik erfolgte zunächst anhand FeCr(V)C-Hartlegierungen. Es konnte aufgezeigt werden, dass sich die nahezu unabhängige Regelung von Abschmelzleistung und Aufschmelzgrad positiv auf die Ausscheidung von Primärkarbiden bzw. Hartphasen auswirken. Im Gegensatz zum MSG-Prozess gelang es hierdurch einlagige Verschleißschutzschichten mit einem deutlich höheren Hartphasenanteil und höherer Verschleißbeständigkeit herzustellen. Bei Ni-Basis-Legierungen mit eingelagerten WSC wurde festgestellt, dass sich der Einsatz eines Heißdrahtes positiv auf die Hartphasenverteilung auswirkt. Aufgrund modifizierter Schmelzbadströmungen konnten die für WSC typischen schwerkraftbedingten Seigerungseffekte unterbunden werden, einhergehend mit einer homogenen Verteilung der Hartphasen. Im Vergleich zum optimalen MSG-Prozessfenster betrug der erzielbare WSC-Anteil jedoch nur die Hälfte. Zur Klärung der Ursache wurde ein Ansatz entwickelt, um die thermisch bedingte Zersetzung von WSC quantitativ zu beschreiben. Basierend auf der Einführung eines Zersetzungskennwertes konnte hierdurch erstmals der Einfluss der Schmelzbadgröße, des Aufschmelzgrades und des Tropfenübergangs separat und quantitativ aufgeschlüsselt werden. Hierdurch konnte der geringere WSC-Anteil beim MSG-HD-Verfahren schließlich den Eigenschaften des Lichtbogens und Tropfenübergangs zugewiesen werden. Ferner wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Entstehung des Zersetzungssaums bei WSC experimentell nachvollzogen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000025
Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
Understanding the dissolution mechanism of fused tungsten carbides in Ni-based alloys: an experimental approach. - In: Materials letters, ISSN 1873-4979, Bd. 213 (2018), S. 253-256

https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.11.088
Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre; Suchodoll, Dirk
Hot wire-assisted gas metal arc welding of hypereutectic FeCrC hardfacing alloys: microstructure and wear properties. - In: Surface and coatings technology, ISSN 1879-3347, Bd. 334 (2018), S. 420-428

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.11.059
Rosenberger, Maik; Zhang, Chen; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre; Notni, Gunther
Automatisierte Detektion von verschmolzenen Wolframkarbiden für die Charakterisierung des Schweißprozesses :
Automatic detection of fused tungsten carbides for the characterization of welding process. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 85 (2018), 3, S. 159-166

https://doi.org/10.1515/teme-2017-0052
Günther, Karsten; Liefeith, Jens; Henckell, Philipp; Ali, Yarop; Bergmann, Jean Pierre
Influence of processing conditions on the degradation kinetics of fused tungsten carbides in hardfacing. - In: International journal of refractory metals & hard materials, ISSN 0263-4368, Bd. 70 (2018), S. 224-231

The application of fused tungsten carbides (FTCs) in nickel-based alloys is important in improving the wear resistance of tooling equipment in the mining industry. However, FTCs are thermally instable and dilute under excessive energy input during welding. The parameters affecting the dilution in this context are diverse and not yet completely understood. In the gas metal arc welding (GMAW) process, a method was developed to quantify the influence of the melt bead parameters on the degradation kinetics of FTCs. Based on a newly introduced degradation parameter, ZFTC, the dilution rate was found to dominate the degradation behaviour, rather than the dwell time of FTC in the melt pool.



https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.10.015
Bourgin, Yannick; Kleindienst, Roman; Nagel, Falk; Bergmann, Jean Pierre; Sinzinger, Stefan
Generation of optimized intensity profile by diffractive elements for high power laser welding applications. - In: EOS Topical Meeting on Diffractive Optics 2017, (2017), S. 43-44

Petzoldt, Franziska; Gemse, Felix; Jahn, Simon; Bergmann, Jean Pierre
Übertragbarkeit der Prozessgrößen beim Diffusionsschweißen in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie und den Erwärmungsbedingungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 69 (2017), 11, S. 758-764

Günther, Karsten; Häßler, Martin; Hertel, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Füssel, Uwe
Wirtschaftliches Auftragschweißen von Verschleißschutzschichten durch den Einsatz von Zusatzheißdraht. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 69 (2017), 11, S. 766-772

Bielenin, Martin; Günther, Karsten; Ali, Yarop; Bergmann, Jean Pierre
Effizientes MSG-Fülldraht-Auftragschweißen mit magnetisch beeinflusstem Lichtbogen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 69 (2017), 10, S. 706-711

Seul, Thomas; Ullrich, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Hildebrand, Jörg; Ali, Yarop; Jahn, Simon; Dahms, Steffen; Eilenberger, Daniel
Additive Fertigung von temperierten Großwerkzeugen mittels Lichtbogen- und Diffusionsschweißtechnik. - In: VDWF im Dialog, ISSN 1860-4935, (2017), 2, S. 31-33

Ullrich, Johannes; Seul, Thomas; Eilenberger, Daniel; Dahms, Steffen; Jahn, Simon; Ali, Yarop; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Additive Fertigung von temperierten Großwerkzeugen mittels Lichtbogen- und Diffusionsschweißtechnik. - In: Technomer 2017, (2017), S. 105

Bergmann, Jean Pierre; Bielenin, Martin; Herzog, Roland A.; Hildebrand, Jörg; Riedel, Ilka; Schricker, Klaus; Trunk, Carsten; Worthmann, Karl
Prevention of solidification cracking during pulsed laser beam welding. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics, ISSN 1617-7061, Bd. 17 (2017), 1, S. 405-406

https://doi.org/10.1002/pamm.201710172
Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Reparatur von Bauteilen aus Nickellegierungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 69 (2017), 10, S. 712-718

Im Rahmen dieses Beitrags werden experimentelle Untersuchungen zur laserbasierten Reparatur von Turbinenschaufeln aus Nickelbasis-Superlegierungen mit drahtförmigen und γ'-ausscheidungshärtenden Schweißzusatzwerkstoffen vorgestellt. Durch den Einsatz einer pulsmodulierbaren Laserstrahlquelle kann die artgleiche Reparatur bei Raumtemperatur ohne das Auftreten von Heißrissen ausgeführt werden.



Nagel, Falk; Drechsel, Christine; Bergmann, Jean Pierre
Reduction of the spatter formation due to the use of superposition of two laser intensities. - In: Lasers in Manufacturing 2017, (2017), insges. 4 S.

New developments of laser system technology result in an increased power output at better beam quality. However, available laser power cannot always be transferred to increase the processing speed since imperfections such as the formation of spatter occurs, especially in the range of 5 m/min to 20 m/min for fiber and disk lasers. The appearance of spatter is strongly connected to the conditions in and around the capillary. This paper shows an experimental approach to reduce the spatter formation by using two laser spots. The experimental trails were executed with austenitic steel (1.4301) sheets using a high power disk laser and a diode laser. The modification of the resulting intensity reduces the loss of mass. High speed camera footage shows a different behavior of the weld pool due to the additional laser spot. Moreover, metallurgical cross-sections demonstrate the influence of the approach on the shape of the melt pool and the resulting weld seam.



Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Sieber, Philipp
Repair of nickel-based superalloys by pulsed Nd:YAG welding with wire feeding. - In: Lasers in Manufacturing 2017, (2017), insges. 5 S.

In this paper deposition of IN 625 filler wire on γ-hardened IN 738 superalloy with pulsed laser beam welding was investigated. High-speed observation was performed to examine the influence of the spatial and temporal alignment between the pulsed laser beam and the wire feeder on the material transition from the solid wire onto the substrate. The deposition process has shown to be extremely sensitive to the wire position and orientation relative to the melt pool. To obtain stable and repeatable welding conditions influence of the significant parameters, such as the wire feed rate, the energy input, and the traverse speed should be attentively considered. Significant improvements of the process stability could be achieved with the adjustment of the wire position in the negative z-direction. The preliminary results showed the potential of this approach as an alternative automated or partially automated repairing method for worn turbine components made of nickel-based superalloys.



Lohse, Martin; Hertel, Martin; Schricker, Klaus; Kohl, Marie-Luise; Füssel, Uwe; Bergmann, Jean Pierre
Der Einfluss von Laser und WIG-DC-EP-Oberflächenstrukturierung auf das Benetzungsverhalten und die Verbindungsfestigkeit von lasergefügten Stahl-Kunststoff-Leichtbauverbindungen für automobile Anwendungen. - In: DVS Congress 2017, (2017), S. 369-377

Hasieber, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Strategien zur Werkzeugskalierung und Prozesskraftreduzierung beim Rührreibschweißen von Aluminiumlegierungen. - In: DVS Congress 2017, (2017), S. 113-118

Reimche, Maxim; Bergmann, Jean Pierre
Single item production within collaborative networks. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 10 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-106:1
Soltanzadeh, Hadi; Hildebrand, Jörg; Kraus, Matthias
A reliable modelling of thermal, microstructure, and stress in arc stud welding joints and effect on fatigue strength. - In: ce/papers, ISSN 2509-7075, Bd. 1 (2017), 2/3, S. 453-460

This paper presents numerical calculations of welding residual stresses and the evolution of microstructure in stud joints embedded in common structural steels S235 and S355. The study deals with a numerical transient thermal modelling of stud welding using the commercial software suite SYSWELD FE. Microstructure phase fraction of Martensite, Bainite and Ferrite-Pearlite are also calculated by trajectory tracking of the thermal profile on the CCT diagram for the weld region. Thermal loading from welding as non-moving heat source is further fed into the stress solver and welding residual stresses are computed. The computational stresses are validated by comparison with stresses of XRD experimental measurements. The aim of this paper is to specify the stress distributions regarding residual stresses from the manufacturing and welding processes as well as stress states due to operational loads, which can constitute the basis of fatigue analyses.



https://doi.org/10.1002/cepa.81
Nagel, Falk; Simon, Flaviu; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Optimisation strategy for the laser beam welding of high-alloyed steels. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 16 (2017), 4, S. 256-262

Bergmann, Jean Pierre; Bielenin, Martin; Herzog, Roland A.; Hildebrand, Jörg; Riedel, Ilka; Schricker, Klaus; Trunk, Carsten; Worthmann, Karl
Prevention of solidification cracking during pulsed laser beam welding. - Ilmenau : Technische Universität, Institut für Mathematik, 2017. - 1 Online-Ressource (7 Seiten). - (Preprint ; M17,09)

We present a mathematical model to describe laser beam welding based on the heat equation. Since the material coeff cients depend on the temperature, this leads to a quasi-linear parabolic partial differential equation. It is our goal to prevent solidif cation cracking. We address this problem by means of optimal control. It is the intensity prof le of the laser beam which acts as the control function. The main challenge is the formulation of a suitable objective function. In particular, high velocities of the solidif cation interface need to be properly penalized in order to deal with and avoid cracking phenomena.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032771
Diemar, Andreas; Hildebrand, Jörg; Gerth, Uwe; Könke, Carsten
Simulationsbasierte Optimierung des lokalen Werkstoffzustandes im Bereich von zyklisch beanspruchten Konstruktionsdetails mit Kerbeffekt :
Simulation-based optimization of the local material state in the field of cyclically highly stressed case hardened construction details with notch effect. - In: Materials science and engineering technology, ISSN 1521-4052, Bd. 48 (2017), 7, S. 629-638

https://doi.org/10.1002/mawe.201600715
Lahmer, Tom; Bock, Sebastian; Hildebrand, Jörg; Gürlebeck, Klaus
Non-destructive identification of residual stresses in steel under thermal loadings. - In: Inverse problems in science and engineering, ISSN 1741-5985, Bd. 25 (2017), 10, S. 1519-1535

http://dx.doi.org/10.1080/17415977.2016.1273917
Szallies, Konstantin; Siebert, Nico; Bergmann, Jean Pierre
Low frequency oscillated milling of carbon fiber-reinforced plastics. - In: Procedia CIRP, ISSN 2212-8271, Bd. 66 (2017), S. 153-158

https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.03.298
Henckell, Philipp; Günther, Karsten; Ali, Yarop; Bergmann, Jean Pierre; Scholz, Jürgen; Forêt, Pierre
The influence of gas cooling in context of wire arc additive manufacturing - novel strategy of affecting grain structure and size. - In: TMS 2017 146th Annual Meeting & Exhibition supplemental proceedings, ISBN 978-3-319-51492-5, (2017), S. 147-156

Grätzel, Michael; Weigl, Markus; Regensburg, Anna; Löhn, Torsten; Hasieber, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Process force reduction during friction stir welding of EN AW 6060 T66 with scaled tool diameter. - In: Aluminium heat exchanger technologies for HVAC&R, ISBN 978-3-945023-98-3, (2017), S. 6-11

Friedrich, Maria; Waechter, Sebastian; Giesecke, Jan; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Investigations of surface processing of functional ceramics applying ultrashort laser pulses. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 29 (2017), 2, S. 022502, insges. 8 S.

https://doi.org/10.2351/1.4983501
Bergmann, Jean Pierre; Regensburg, Anna; Schürer, René; Petzoldt, Franziska; Herb, Alexander
Effect of the interface characteristics on the joint properties and diffusion mechanisms during ultrasonic metal welding of Al/Cu. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 61 (2017), 3, S. 499-506

https://doi.org/10.1007/s40194-017-0449-6
Regensburg, Anna; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Hellwig, Peter; Bergmann, Jean Pierre
Effect of local preheating during ultrasonic welding of Al-Cu joints on strand compaction and bond formation. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 61 (2017), 3, S. 443-451

https://doi.org/10.1007/s40194-017-0434-0
Kraft, Dietmar;
Untersuchungen zur Detektion und Kontrolle der Schweißnahtqualität beim Heizelementstumpfschweißen von Thermoplasten unter Berücksichtigung der Wärmestrombilanzierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (XI, 207 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 4)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Eine permanente Zielsetzung ist, Verarbeitungsprozesse zu optimieren, sprich bei gleichbleibender oder verbesserter Qualität den Ausschuss und den Energieverbrauch zu minimieren sowie die Geschwindigkeit und die Effizienz des Prozesses zu steigern. Die Ausarbeitung zum Thema "Untersuchungen zur Detektion und Kontrolle der Schweißnahtqualität beim Heizelementstumpfschweißen von Thermoplasten unter Berücksichtigung der Wärmestrombilanzierung" hat sich dieser Herausforderung gestellt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Wärmestrombilanzierung mittels hochtemperatur-beständiger Wärmestromsensoren eine zuverlässige, reproduzierbare und universell einsetzbare Lösung darstellt, prozess- als auch bauteilspezifische Kennwerte beim Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffen direkt in der Fügezone zu generieren, und mit Hilfe dieser Kennwerte das Heizelementstumpfschweißverfahren wirtschaftlicher, effizienter und ressourcenschonender in eine Fertigung zu implementieren. Hinzu kommt noch, dass in dieser Arbeit die grundlegenden Entwicklungen getätigt wurden, um sogar bisher verwendete Sensoren (vorwiegend Weg-, Kraftsensoren sowie Thermoelemente) über die Nutzung eines hochtemperaturbeständigen Wärmestromsensors zu substituieren und somit den Einsatz der Wärmestrombilanzierung nahezu kostenneutral zu realisieren. Die Möglichkeit der Inline-Qualitätssicherung entwickelt das Heizelementstumpfschweißverfahren zukunftsorientiert weiter und legt den Grundstein für einen verstärkten Einsatz dieses Fügeverfahrens.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032166
Rosenberger, Maik; Zhang, Chen; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre; Notni, Gunther
Automatic fused tungsten carbide detection in weld pool. - In: OCM 2017, (2017), S. 99-107

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017200542
Regensburg, Anna; Grätzel, Michael; Schürer, René; Hasieber, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Process force reduction during robotic friction stir welding of aluminum alloys with reduced tool aspect ratios. - In: Friction stir welding and processing IX, ISBN 978-3-319-52382-8, (2017), S. 277-285

Regensburg, Anna; Schürer, René; Gerken, Jan Ansgar; Steinberg, Helmut; Bergmann, Jean Pierre
A novel approach for joining EN AW 1050 stranded wire and EN CW 004A contact elements by friction stir spot bonding. - In: Friction stir welding and processing IX, ISBN 978-3-319-52382-8, (2017), S. 211-220

Stambke, Martin; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Weiß, Andy
Laser-based joining of metal-thermoplastic tailored welded blanks. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 61 (2017), 3, S. 563-573

A new approach for laser-based joining of hybrid components in butt joint configuration is shown in this paper. The impact of the laser process as well as different surface conditions (as-delivered, corundum blasting, laser structuring) on the joint strength and joining zone are demonstrated. The results were transferred into a model concept for thermal joining of tailored welded blanks made of metals and thermoplastics.



https://doi.org/10.1007/s40194-017-0429-x
Soltanzadeh, Hadi; Hildebrand, Jörg; Kraus, Matthias; Asadi, Mahyar
Modelling of a stud arc welding joint for temperature field, microstructure evolution and residual stress. - In: ASME digital collection, (2016), PVP2016-63285, V06BT06A002, 9 pages

https://doi.org/10.1115/PVP2016-63285
Hildebrand, Jörg; Gebhardt, Thomas; Schwarz, Wilfried; Almamou, Abd Albasset; Bock, Sebastian; Herzog, Steve
Qualitätssicherung von Brückenbauwerken während der Fertigung und Montage sowie im Betrieb mit terrestrischem Laserscanning. - In: Brückenkolloquium Beurteilung, Ertüchtigung und Instandsetzung von Brücken, (2016), S. 311-320

Soltanazadeh, Hadi; Hildebrand, Jörg
Modelling of stud arc welding process in terms of temperature field, microstructure and residual stress. - In: Mathematical modelling of weld phenomena 11, ISBN 978-3-85125-490-7, (2016), S. 661-670

Moeini, Ghazal H.; Ramazani, Ali; Hildebrand, Jörg; Könke, Carsten
Effect of microstructure on fatigue behavior of dual-phase steel welded joint. - In: Mathematical modelling of weld phenomena 11, ISBN 978-3-85125-490-7, (2016), S. 213-222

Simon, Flaviu; Nagel, Falk; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Numerical optimization of a laser welding process by use of an additional heat source. - In: Mathematical modelling of weld phenomena 11, ISBN 978-3-85125-490-7, (2016), S. 565-574

Ganß, Martin; Reimann, Rafael; Hartmann, Christoph; Beinersdorf, Heiko; Kuhne, Michael; Hildebrand, Jörg; Könke, Carsten
Dehnungsmessungen in der Klebfuge von strukturellen Klebverbindungen mittels faseroptischer Sensoren. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 68 (2016), 11, S. 724-729

Bock, Sebastian; Gebhardt, Thomas; Hildebrand, Jörg; Schwarz, Willfried; Almamou, Abd Albasset; Herzog, Steve
Qualitätskontrolle von Ingenieurkonstruktionen durch terrestrisches Laserscanning. - In: Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, ISSN 0002-5968, Bd. 123 (2016), 8/9, S. 239-252

Motra, Hem Bahadur; Hildebrand, Jörg; Wuttke, Frank
The Monte Carlo Method for evaluating measurement uncertainty: application for determining the properties of materials. - In: Probabilistic engineering mechanics, ISSN 0266-8920, Bd. 45 (2016), S. 220-228

http://dx.doi.org/10.1016/j.probengmech.2016.04.005
Bergmann, Jean Pierre; Grätzel, Michael; Schürer, René; Regensburg, Anna; Weigl, Markus
Advances and potentials in friction stir welding of aluminum alloys. - In: Aluminium constructions, (2016), S. 137-142

http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.710.137
Simon, Flaviu; Moradi, Milad; Hildebrand, Jörg; Pasternak, Hartmut
The influence of the welding sequence on the load bearing capacity and stress distribution of square hollow section steel joints. - In: Simulationsforum 2016 Schweißen und Wärmebehandlung, (2016), S. 176-187

Stambke, Martin; Bielenin, Martin; Nagel, Falk; Schricker, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Potentiale angepasster Intensitätsverteilungen für laserbasierte Fügeprozesse. - In: Lasermaterialbearbeitung in der digitalen Produktion, (2016), S. 113-123

Die Grundlage der Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung bildet die Umwandlung elektromagneti-scher Energie in Wärme, was die Ausbildung eines orts- und zeitabhängigen Temperaturfeldes zur Folge hat, das wiederum von zahlreichen Randbedingungen abhängt. Dieses vorliegende Temperatur-Zeit-Profil ist ursächlich für positive wie auch negative Effekte bei den meisten Lasermaterialbearbeitungsprozessen. Eine Anpassung des Temperatur-Zeit-Profils an die gegebenen Randbedingungen einer Bearbeitungsaufgabe, bspw. die Berücksichtigung werkstofflicher Besonderheiten oder geometrischer Wärmeleitungsbedingungen, kann über die Intensitätsverteilung des auf dem Werkstück abgebildeten Laserstrahls erfolgen. Dies stellt die Erweiterung des Parameterraums eines Bearbeitungsprozesses über die klassischen Stellgrößen, u.a. Laserleistung, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Fokuslage, hinaus dar. In diesem Beitrag wird das Potential prozessangepasster Intensitätsverteilungen also Lösungsansatz für typische Herausforderungen bei laserbasierten Fügeprozessen aufgezeigt. Beispielhaft geschieht dies für das gepulste Laserstrahlschweißen von heißrissanfälligen Aluminiumlegierungen der EN AW 6xxx-Serie ohne Zusatzwerkstoff, für das Reduzieren von Spritzern beim Schweißen hochlegierter Stahlbleche bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten sowie für die Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit beim laserbasierten thermischen Fügen von Thermoplasten mit Metallen.



Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Regensburg, Anna; Michels, Konstantin
Diffusionsbasiertes Fügen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen durch kontrollierte Bildung eines Eutektikums. - In: Metall, ISSN 0026-0746, Bd. 70 (2016), 11, S. 446-448

Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Bräutigam, Kevin
Laser-based joining of thermoplastics to metals: influence of varied ambient conditions on joint performance and microstructure. - In: International journal of polymer science, ISSN 1687-9430, (2016), Article ID 5301081, insges. 9 S.

Laser-based joining of thermoplastics to metals shows a great potential for functional design especially in terms of lightweight constructions. In the joining process, the joining speed and the energy per unit length, respectively, show an influence on time-temperature profiles measured in the joining zone. The time-temperature profile affects the joining zone and consequently the joint behavior in mechanical testing. In the current investigation, the joining zone was characterized by the melting layer. Moreover, the mechanical properties of the joint by tensile shear testing and the fracture mode were investigated. Based on the results obtained, three sets of joining speeds/energies per unit length with different mechanical behaviors were selected for further investigations under varied ambient conditions. Thereby, the influence of outdoor weathering as well as aging above the glass transition temperature of the plastic part on the joints performance was compared with the nonaged joints.



http://dx.doi.org/10.1155/2016/5301081
Nagel, Falk; Simon, Flaviu; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Optimisation strategy for the laser beam welding of high-alloyed steels :
Optimierungsstrategie zum Laserstrahlschweißen hochlegierter Stähle. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 68 (2016), 9, S. 584-590

Beim Laserstrahlschweißen von hochlegierten Stählen ohne Heftungen oder Einsatz von massiven Spannsystemen treten relative Verschiebungen der Fügepartner auf, die zum Prozessabbruch führen. In einem Forschungsvorhaben wurde eine Vorgehensweise unter Verwendung einer zusätzlichen Wärmequelle entwickelt, um die auftretenden relativen Verschiebungen während des Fügeprozesses zu kompensieren. Dazu wird durch einen lokal begrenzten Temperatureintrag die ursächliche Schrumpfung in der Schweißnaht reduziert und damit die Scherbewegung verringert. Dies führt unmittelbar zu einer Steigerung der Schweißtnahtlänge und konnte im Rahmen des Vorhabens an Blechen der Stahlsorte 1.4301 (X5CrNi18-10) mit einer Dicke von 0,5, 1 und 2 mm numerisch und experimentell dargestellt werden. Mithilfe der Kopplung von erarbeiteten numerischen Modellen mit Optimierungswerkzeugen konnten durch eine Sensitivitätsanalyse die entscheidenden Einstellgrößen identifiziert werden. Im Anschluss erfolgte die Auswahl eines geeigneten Metamodels, das für die Optimierungsaufgabe genutzt wurde, mit dem Ziel der Verringerung der Verschiebung an einer definierten Stelle. Die Forschungsergebnisse zeigen, wie durch die Verknüpfung von numerischen Modellen mit Optimierungsalgorithmen komplexe Berechnungen vereinfacht werden können.



Häßler, Martin; Füssel, Uwe; Hertel, Martin; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
Effizientes MSG-Auftragschweißen und Nacharbeit von Verschleißschutzschichten. - In: DVS Congress 2016, (2016), S. 365-370

Paffhausen, Michael; Betz, Philipp; Class, Rainer; Bergmann, Jean Pierre
Wechselwirkungen zwischen Schweißprozess und Industrieroboter beim Rührreibschweißen. - In: DVS Congress 2016, (2016), S. 300-305

Ali, Yarop; Steinerstauch, Daniel; Günther, Karsten; Henckell, Philipp; Bergmann, Jean Pierre
Additive Fertigung von 3D-Verbundstrukturen mittels MSG-Schweißen. - In: DVS Congress 2016, (2016), S. 75-80

Bielenin, Martin; Szallies, Konstantin; Bergmann, Jean Pierre; Neudel, Christian
Single side resistance spot welding of polymer-metal-hybrid structurs. - In: 2. Internationale Konferenz Euro Hybrid Materials and Structures, (2016), S. 236-240

https://edocs.tib.eu/files/e01fn16/859763315.pdf
Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Bräutigam, Kevin
Laser-based joining of thermoplastics to metals: influence of varied ambient conditions on joint performance and microstructure. - In: 2. Internationale Konferenz Euro Hybrid Materials and Structures, (2016), S. 36-37

https://edocs.tib.eu/files/e01fn16/859763315.pdf
Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Regensburg, Anna
Critical approach to the parameters of the diffusion bonding process using the example of 1.1191. - In: Brazing, high temperature brazing and diffusion bonding, (2016), S. 156-160

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Regensburg, Anna; Michels, Konstantin
Direct bonding of aluminium to copper using solid-liquid interdiffusion. - In: Brazing, high temperature brazing and diffusion bonding, (2016), S. 388-392

Kotschote, Christian; Neudel, Christian; Bergmann, Jean Pierre; Rudolf, Heiko
Schweißlinsenbildung beim Aluminium-Stahl-Punktschweißen mit Stanzelement und deren Auswirkung auf die Verbindungsfestigkeit. - In: Widerstandsschweißen, ISBN 978-3-945023-75-4, (2016), S. 43-50

Broda, Tobias; Keitel, Steffen; Bergmann, Jean Pierre
Wachstumsverhalten der intermetallischen Phasen beim Widerstandspunktschweißen mit geschweißter Fügehilfe an Stahl/Aluminium-Mischverbindungen. - In: Widerstandsschweißen, ISBN 978-3-945023-75-4, (2016), S. 32-42

Bielenin, Martin; Szallies, Konstantin; Bergmann, Jean Pierre; Neudel, Christian
Einseitiges Widerstandsfügeverfahren für metallische Mischverbindungen sowie Hybridverbindungen aus thermoplastischen Kunststoffen und Metallen. - In: Widerstandsschweißen, ISBN 978-3-945023-75-4, (2016), S. 7-15

Szallies, Konstantin; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Entwicklung einer neuartigen Elektrodenanordnung zum einseitigen Widerstandspunktschweißen mit Schweißzangen. - In: Widerstandsschweißen, ISBN 978-3-945023-75-4, (2016), S. 168-173

Patschger, Andreas; Schaaf, Peter; Bliedtner, Jens
Grundlegende Untersuchungen zum Prozessverständnis des Laserstrahl-Mikroschweißens von metallischen Folien. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - 1 Online-Ressource (243 Seiten, 14.39 MB). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung : Schriften aus der Ilmenauer Fertigungstechnik ; Band 3)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Für die prozesssichere Anwendung des Laserstrahl-Mikroschweißens im industriellen Umfeld ist die Kenntnis des Prozesses von immanenter Bedeutung. Daher wird in vorliegender Arbeit der Laserstrahl-Mikroschweißprozess anhand von metallischen Folien systematisch charakterisiert. Während des Laserstrahl-Mikroschweißens von metallischen Folien beeinträchtigen der thermisch induzierte Verzug und die daraus resultierende Spaltbildung den reproduzierbaren Schweißprozess. Der freie, unbehinderte Verzug steigt exponentiell mit sinkender Materialstärke an. Daher muss der Verzug durch Maßnahmen der Prozessführung und durch eine optimierte Spannvorrichtung minimiert werden. Dafür werden die Einflüsse auf den Verzug und die korrespondierenden Temperaturfelder untersucht und Regeln für die verzugsarme Bearbeitung abgeleitet. Diese betreffen die Gestaltung des Schweißregimes, die Wahl von Fokusdurchmesser und Péclet-Zahl für den Schweißprozess sowie das eingesetzte Strahlprofil. Zusätzlich erreicht ein neuartiges Spannkonzept für metallische Folien einen minimierten Verzug zwischen den Fügepartnern. Aufgrund von prozessbedingten Schwankungen und äußeren Einflussfaktoren variiert die Schweißnahttiefe und kann zu ungenügender Anbindung der Fügepartner führen. Daher sind Durchschweißungen für das prozesssichere Mikroschweißen notwendig. Das Prozessfenster für Durchschweißungen in Abhängigkeit von der Leistung und von der Vorschubgeschwindigkeit hat daher eine große Bedeutung für die Prozessführung. Das Prozessfenster wird durch die Prozessgrenzen bestimmt, welche in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis und von der bezogenen Leistung beschrieben werden können. Ein weiterer prozesslimitierender Einfluss ergibt sich durch den Humping-Effekt, der den Anbindungsquerschnitt und die Festigkeit der Schweißverbindung beeinträchtigt. Basierend auf dem Modell der Rayleigh-Plateau-Instabilität kann durch das Verhältnis von Schmelzbadlänge zu Fokusdurchmesser der Eintritt des Humping-Effekts abgeschätzt werden. Der Vergleich von verschiedenen hochlegierten Stählen zeigt, dass sich die gewonnen Ergebnisse im Mikroschweißen auf die untersuchten Stähle übertragen lässt. Während der Bearbeitung der ergänzend charakterisierten Titan- und Aluminiumwerkstoffe lassen sich die gleichen Prozessphänomene im Mikroschweißprozess beobachten, die aufgrund der differierenden thermomechanischen Eigenschaften bei anderen Werten der Prozessgrößen auftreten.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000193
Witzendorff, Philipp; vonBielenin, Martin; Hermsdorf, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Superimposition of radiation from a pulsed solid-state laser and a diode laser during the welding of aluminium materials. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 15 (2016), 2, S. 119-125

Bergmann, Jean Pierre; Regensburg, Anna; Petzoldt, Franziska; Herb, Alexander
Prozess- und werkstofftechnische Aspekte beim Ultraschallschweißen von Al-Cu-Verbindungen unter Berücksichtigung metallischer Zwischenschichten. - In: Metall, ISSN 0026-0746, Bd. 70 (2016), 4, S. 132-135
Richtiger Name des Verfassers: Franziska Petzoldt

Patschger, Andreas; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Micro welding - how far can we go?. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2015), 1, S. 94-98
Paper P122

https://doi.org/10.2351/1.5063242
Patschger, Andreas; Seiler, Michael; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Schmelzbadinstabilitäten während des Laserstrahl-Mikroschweissens von metallischen Folien. - In: Lasertechnik, (2015), S. 28-36

Schmitt, Robert; Mallmann, Guilherme; Ackermann, Philippe; Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin; Schricker, Klaus
3D weld seam characterization based on optical coherence tomography for laser-based thermal joining of thermoplastics to metals. - In: Lasers in manufacturing 2015, (2015), insges. 10 S.

Smarra, Marco; Neyer, Johannes; Dickmann, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Laser micro structuring using adaptive mirror for extra-cavity beam shaping of high-power ultra-short laser pulses. - In: Lasers in manufacturing 2015, (2015), insges. 6 S.

Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Adjustment and impact of the thermoplastic microstructure of the melting layer in laser-based joining of polymers to metals. - In: Lasers in manufacturing 2015, (2015), insges. 9 S.

Nagel, Falk; Bergmann, Jean Pierre; Henckell, Philipp
Influence of a second heat source on the distortion behaviour during laser beam welding. - In: Lasers in manufacturing 2015, (2015), insges. 7 S.

Lissek, Fabian; Kaufeld, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Zerspanung von CFK : Bohren und Fräsen von labilen CFK-Strukturen. - In: Monolithische und hybride Strukturen für den Leichtbau, (2015), S. 30-45

Ali, Yarop; Günther, Karsten; Burt, Andreas; Bergmann, Jean Pierre
Laser-assisted GMAW hardfacing : the welding wire was preheated with a laser to reduce the heat input into the substrate. - In: Welding journal, ISSN 0043-2296, Bd. 94 (2015), 12, S. 367-s-373-s

The influence of a laser preheated wire in gas metal arc welding (GMAW) on the process behavior and deposit characteristics during hardfacing was investigated. Thereby, the continuous and the pulsed waveform of globular transfer mode were investigated. Focusing the diode laser beam on the welding wire above the ignited arc enhances the wire melting. As a result, the welding current decreased proportionally to the increase of laser power, and thus the heat input in the workpiece was reduced. This had a positive effect on the hardfacing weld metal characteristics, especially the dilution, which is a very important factor. In this work the welding process was analyzed and evaluated by recordings of current and voltage waveforms and high-speed camera documentations of the metal transfer. It could be shown, under the same wire feeding rate and voltage, that an increase of the laser power resulted in a rise of the arc length and droplet size. In addition, the welding beads were metallographically analyzed and compared with the conventional GMAW process. The results showed that the dilution decreased by increasing the laser power.



Kotschote, Christian; Freudenberg, Patrick; Neudel, Christian; Bergmann, Jean Pierre; Rudolf, Heiko
Einsatz und Verbindung von höchstfesten Stählen im Multi-Material-Mix der Audi ultra-Leichtbaukarosserie. - In: 10. Erlanger Workshop Warmblechumformung, (2015), S. 133-150

Um den Trend der steigenden Gewichtsspirale umzukehren, werden mit dem Begriff Audi ultra® unter anderem alle Leichtbau- und Effizienz steigernden Maßnahmen zusammengefasst und durch das Motto "Der richtige Werkstoff an der richtigen Stelle in der richtigen Menge" gelebt. Die Verringerung des Karosseriegewichts sowie eintretende Sekundäreffekte wirken sich sowohl auf die fahrdynamischen Eigenschaften als auch auf einen verminderten Kraftstoffverbrauch positiv aus. Im Fokus der Betrachtungen stehen innovative Fertigungstechnologien für warmumgeformte höchstfeste Bauteile bei der AUDI AG. Weiterhin wird ein Überblick zu bekannten Fügeverfahren von Aluminium-Stahl-Verbindungen gegeben. Bei warmumgeformten Vergütungsstählen stoßen diese Verfahren allerdings schnell an ihre Grenzen, weshalb neue Ansätze entwickelt werden, die das Fügen dieser Stähle in Mischbaustrukturen ermöglichen sollen. Ein Beispiel dafür ist das Widerstandspunktschweißen mit Stanzelement.



Bergmann, Jean Pierre; Wiesner, Peter
Das Fachgebiet Fertigungstechnik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 239-251

Bergmann, Jean Pierre; Patschger, Andreas; Bliedtner, Jens; Loose, Tobias
Einsatz der Simulation zur Auslegung des Laserstrahlschweißens von dünnen Folien aus austenitischem Stahl. - In: DVS Congress 2015, (2015), S. 886-891

Kotschote, Christian; Korte, Michael; Neudel, Christian; Bergmann, Jean Pierre; Rudolf, Heiko
Bewertung der Verbindungscharakteristik beim Widerstandspunktschweißen mit Stanzelement. - In: DVS Congress 2015, (2015), S. 178-184

Lissek, Fabian; Kaufeld, Michael; Bergmann, Jean Pierre
Spanende Bearbeitung von labilen CFK-Bauteilen. - In: Maschinenmarkt, ISSN 0341-5775, Bd. 121 (2015), 39, S. 80-82, 84

Häßler, Martin; Rose, Sascha; Füssel, Uwe; Günther, Karsten; Eiber, Mathias; Bergmann, Jean Pierre
Herstellen gradierter Verschleißschutzschichten durch MSG-Tandemschweißen mit zusätzlicher Hartstoffeinbringung. - In: DVS Congress 2015, (2015), S. 762-770

Bergmann, Jean Pierre; Regensburg, Anna; Fleischhauer, Kevin
Prozessentwicklung zur quantitativen Bewertung der Materialverteilung mit Friction Stir Processing-hergestellten Surface Composites. - In: DVS Congress 2015, (2015), S. 645-649

Bielenin, Martin; Sieber, Philipp; Bergmann, Jean Pierre;
Neuer Ansatz für die Reparatur von Ni-Basisbauteilen mit gepulstem Laserstrahl und drahtförmigen Zusatzwerkstoffen. - In: DVS Congress 2015, (2015), S. 831-836

Weigl, Markus; Döhner, Joachim; Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René
Robotergestütztes Rührreibschweißen als flexible Lösung in der modernen Fertigung. - In: Roboter 2015, ISBN 978-3-945023-45-7, (2015), S. 54-59

Witzendorff, Philipp; Bielenin, Martin; Hermsdorf, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Überlagerung von Strahlung eines gepulsten Festkörperlasers und eines Diodenlasers beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 67 (2015), 6, S. 314-321

In einem Forschungsvorhaben wurde der Einfluss der Überlagerung von Strahlungen eines gepulsten Nd:YAG-Laers und eines Diodenlases bei Schweißen von Aluminiumwerkstoffen untersucht. Die Auswirkung der zusätzlichen Diodenlaserstrahlungen (cw und gepulkste) auf die Heißrissbildung, die erreichbare Schweißgeschwindigkeit, die Steigerung der Einschweißtiefe und die Verbesserung der Spaltüberbrückung wurden experimentell ermittelt. Das Prozessfenster zum vollständigen Durchschweißen beispielsweise eines 0,5 mm dicken Blechs ließ sich durch die Zugabe von nur 100 W Diodenlaserstrahlung erheblich vergrößern. Die Prozessgeschwindigkeit konnte bei einer vorgegebenen Schweißaufgabe um 80% erhöht werden. Das größere Schmelzbad ermöglichte zudem eine höhere Spaltüberbrückung auf bis zu 0,1 mm bei einem 0,5mm dicken Blech. Neben der Prozesseffektivität konnte simultan die Schweißeignung der heißrissanfälligen Aluminiumlegierungen der Gruppe 6xxx verbessert werden. Durch die Überlagerung mit der Diodenlaserstrahlung können diese Legierungen bei einer Blechdicke von 0,5 mm ohne Zusatzwerkstoff vollständig rissfrei geschweißt werden.



Faenger, Bernd; Becker, Felix; Brandl, Michael; Fränzel, Norbert; Fremerey, Max; Köhring, Sebastian; Lawin, Meike; Lutherdt, Stefan; Michaelis, Anne; Weichert, Frank; Schumann, Nikolaus; Graßme, Roland; Kurz, Eduard; Scholle, Hans-Christoph; Zimmermann, Klaus; Augsburg, Klaus; Bergmann, Jean Pierre; Ament, Christoph; Linß, Gerhard; Notni, Gunther
Mobilitätssysteme für Best Ager (50plus): neue Präventionsansätze - Update 2014. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen, (2015), S. 355-375
Richtiger Name des Verf.: Gunther Notni

Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Experimental investigations and modeling of the melting layer in polymer-metal hybrid structures. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 59 (2015), 3, S. 407-412

The melting layer in thermal joining of polymermetal hybrid joints is analyzed according to process management and microstructure. These results were transferred to spot joints for describing the material behavior and the resulting joining zone. This leads to a generally valid model concept for laser-based polymer-metal joining.



http://dx.doi.org/10.1007/s40194-014-0213-0
Bergmann, Jean Pierre; Bielenin, Martin; Bielenin, Martin *1988-*; Feustel, Thomas
Aluminum welding by combining a diode laser with a pulsed Nd:YAG laser. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 59 (2015), 2, S. 307-315

Laser welding of aluminum alloys (AA 5754 and AA 6016) by superimposing a pulsed Nd:YAG laser with a continuous wave (cw) diode laser has been investigated in order to improve the weldability and the process efficiency. The low absorption of laser radiation at a wavelength of 1064 nm and the high thermal conductivity make it difficult to laser weld aluminum alloys efficiently. Therefore, a pulsed Nd:YAG laser and a low power diode laser emitting a wavelength of 980 nm were spatially superimposed. This configuration allows to enhance the absorption for the Nd:YAG welding laser due to the preheating of the diode laser. Thus, the process efficiency as well as the weld quality is enhanced. The experiments revealed that a small output power of the diode laser (<150 W) allows increasing the welding speed up to 80 % and the weld depth up to 38 %. Furthermore, the superposition leads to a significant improve of the weld seam quality, in particular to avoid hot cracking.



http://dx.doi.org/10.1007/s40194-014-0218-8
Patschger, Andreas; Hopf, Andreas; Loose, Tobias; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
New approach to clamping in microwelding. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 27.2015, S2, S. S29013, insges. 8 S.

http://dx.doi.org/10.2351/1.4906474
Simon, Flaviu; Nagel, Falk; Kümmel, Benjamin; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Optimierung der Spaltüberbrückung beim Laserstrahlschweißen von hochlegierten Stahlblechen unter Verwendung einer zweiten Laserquelle. - In: 19. DASt-Forschungskolloquium in Hannover, 27. - 28. Oktober 2014, (2014), S. 163-167

Der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient und die niedrige Wärmeleitfähigkeit austenitischer Stähle können während des Laserschweißens von dünnen Blechen in einem starken Verzug der Bleche und somit in einem instabilen Prozess resultieren. Im Beitrag werden Möglichkeiten zur Reduzierung von Verzug und Optimierung des Schweißprozesses experimentell und mittels numerischer Schweißsimulation analysiert. Für die aktive Beeinflussung des Temperaturfeldes während des Schweißprozesses wurde eine zusätzliche Wärmequelle in Form eines Diodenlasers in den Prozess integriert. Die Schweißparameter sowie die relative Fokusposition des Diodenlasers zur Fokusposition des Primärlasers und das Spaltmaß wurden variiert und mittels Finite-Elemente-Methode numerisch analysiert. Die numerischen Simulationen beinhalten die transiente Berechnung des Temperatur- und Verschiebungsfeldes während des Schweißprozesses. Somit konnte die optimale Position der sekundären Wärmequelle auf das Schweißergebnis numerisch bestimmt werden. Der Einsatz der optimierten zweiten Wäremequelle und die somit induzierte lokale Temperaturdehnung resultieren in einer Kompensation der prozessbedingten Verschiebung der Fügepartner und in einer Stabilisierung des Laserschweißprozesses.



Bergmann, Jean Pierre; Hartke, Martin; Günther, Karsten; Ali, Yarop
Herstellung komplexer 3D-Freiformflächen mittels MSG-Schweißen. - In: 3D-Druck & Industrie, ISBN 978-3-932875-38-0, (2014), S. 73-78

Schade, Till; Ramsayer, Reiner M.; Bergmann, Jean Pierre
Laser welding of electrical steel stacks : investigation of the weldability. - In: 4th International Electric Drives Production Conference (EDPC 2014), ISBN 978-1-4799-5010-2, (2014), insges. 6 S.

Laser welding enables new designing prospects of highly effective electrical machines. This paper presents fundamental investigations concerning the weldability of electrical steel, and an approach for the mechanical characterization of the weld seam. Through an integrated view of the independent variables: process, design and material, the limits of weldability could be expanded. Moreover a significant increase in material strength due to the laser welding process is shown. These perceptions provide fundamental insight for the design of weld seams on electrical steel laminations.



http://dx.doi.org/10.1109/EDPC.2014.6984386
Frisch, Willi; Bergmann, Jean Pierre
Erweiterung der Anwendungsgrenzen beim Fügen mit pulsmodulierbaren Laserstrahlquellen durch den synergetischen Einsatz von zeitlich vorgelagertem Plasmalichtbogen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 66 (2014), 10, S. 594-598

Erhöhung der Effizienz des pulsmodulierten Laserstrahlschweißens durch den Einsatz eines zeitlich abgestimmten gepulsten Plasmalichtbogens ist der Schwerpunkt der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungen. Es wurden sowohl artgleiche Verbindungen, aus Titan Grade 1 und nichtrostendem Stahl 1.4301 als auch Mischverbindungen, wie Titan/Aluminium, Titan/ 1.4301 und Titan/Kupfer, mit gekoppelten Laserstrahl-Plasma-Verfahren hergestellt und untersucht.



Hartke, Martin; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
Untersuchung zur geregelten, energiereduzierten Kurzlichtbogentechnik als generatives Fertigungsverfahren. - In: DVS Congress 2014, (2014), S. 98-102

Generative Fertigungsverfahren - Rapid Prototyping-Verfahren - sind wirtschaftlich, gleichwohl flexibel einsetzbar und ermöglichen verkürzte Prozessketten in der Fertigungstechnik. Besonders die schichtweise Herstellung von komplexen und großen metallischen Bauteilen ist bisher nicht umfassend entwickelt. Lichtbogenbasierende Verfahren stellen hierfür einen möglichen Ansatz dar. Im Rahmen der Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich die geregelte Kurzlichtbogentechnik zum schichtweisen Lagenaufbau und somit zu einer flexiblen und endkonturnahen Bauteilherstellung eignet. Es wurden Potentiale dieser Technik, aber auch Grenzen und Ansatzpunkte für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen aufgezeigt.



Lissek, Fabian; Kaufeld, Michael; Bergmann, Jean Pierre;
Machining of CFRP: drilling and milling of unstable work pieces. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 14 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-065:3
Schade, Till; Pflomm, J.; Shakirov, D.; Bergmann, Jean Pierre
Electrical steel stacks for traction motors - fundamental investigations on the weldability. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 10 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-052:2
Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Laserbasiertes thermisches Fügen von Metallen mit Kunststoffen - Stand der Forschung. - In: Innovative Fertigung durch Lasersysteme neuester Generation, ISBN 978-3-945023-04-4, (2014), S. 76-84

Richter, Johannes;
Entwicklung einer Prozessregelung für das atmosphärische Plasmaspritzen zur Kompensation elektrodenverschleißbedingter Effekte. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 221 S., 26,30 MB). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung : Schriften aus der Ilmenauer Fertigungstechnik ; 2) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Herstellung von keramischen Wärmedämmschichten auf Gasturbinenschaufeln stellt eine komplexe Herausforderung dar, da der atmosphärische Plasmaspritzprozess durch eine Vielzahl von Einflussgrößen und hohe Sensitivität gegenüber äußeren Einwirkungen gekennzeichnet ist. Eine Sonderstellung unter den Störgrößen nimmt der Elektrodenverschleiß ein, da durch diesen Effekt eine kontinuierliche Veränderung der Beschichtungsergebnisse bezüglich Spritzeffzienz und Schichtmikrostruktur hervorgerufen wird. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine Prozessregelung zu entwickeln, die eine Stabilisierung des atmosphärischen Plasmaspritzprozesses und damit eine Reduzierung der Schwankungen der Beschichtungsergebnisse über die Elektrodenlaufzeit ermöglicht. Die Versuche sollen im fertigungsnahen Umfeld anhand von Turbinenschaufeln durchgeführt werden, um eine direkte Implementierung der Regelung in die Serienfertigung zu ermöglichen. Als Basis für die Entwicklung der Prozessregelung erfolgt zunächst die Beschreibung der Grundlagen zu Wärmedämmschichten, Herstellungsverfahren und Prozessdiagnostik. Darauf aufbauend werden die Einflussfaktoren mit den stärksten Effekten auf die Beschichtungsergebnisse anhand der elektrodenverschleißinduzierten Veränderungen im ungeregelten Langzeitbeschichtungsversuch ermittelt und als Regelgrößen definiert. Nach der Bestimmung der Steuergrößen werden im Anschluss die Prozessregelungsansätze in Langzeitbeschichtungsversuchen überprüft und die Prozessfähigkeiten berechnet. Die Versuche zeigen insgesamt eine signifikante Stabilisierung der Beschichtungsergebnisse unter Verwendung der entwickelten Prozessregelung auf Basis der Regelgrößen (i) Partikelintensität, (ii) Partikelgeschwindigkeit und (iii) elektrischer Spannung. Als Steuergrößen werden die elektrische Stromstärke, sowie das primäre und sekundäre Plasmagas verwendet. In den Verifizierungsversuchen wird darüber hinaus gezeigt, dass mit Hilfe der konventionellen Leistungsregelung nur eine bedingte Stabilisierung des Beschichtungsprozesses ermöglicht wird und die entwickelte Prozessregelung auch auf andere atmosphärische Plasmaspritzprozesse mit veränderten Parametern und Brennerkonfigurationen anwendbar ist.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=24874
Günther, Karsten; Schröder, Thomas; Bergmann, Jean Pierre
AC-Heißdraht unterstützes MSG-Auftragschweißen - Potenziale und Herausforderungen. - In: DVS Congress 2014, (2014), S. 31-35

Nagel, Falk; Kümmel, Benjamin; Bergmann, Jean Pierre; Simon, Flaviu; Hildebrand, Jörg
Optimierung der Spaltüberbrückung beim Laserstrahlschweißen von dünnen Blechen durch eine zweite Wärmequelle. - In: DVS Congress 2014, (2014), S. 10-14

Henfling, Bernd; Blindenhöfer, Gerd; Coburger, Reiner; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre
AWUSYS : Entwicklung eines hochpräzisen und zeiteffizienten industriellen Auswuchtsystems. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 101 S., 8,24 MB). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung : Schriften aus der Ilmenauer Fertigungstechnik ; 1)Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Im Rahmen des Projektes "Awusys" erfolgte die disziplinübergreifende Entwicklung eines hochpräzisen und zeiteffizienten industriellen Auswuchtsystems, welches neben der Unwuchtbestimmung zeitgleich Unwuchtkorrekturen mit höchster Genauigkeit umsetzen kann. Im Vergleich zu bestehenden Systemen sollte eine Genauigkeit bei der Unwuchtbestimmung von üblicherweise +/- 0,1 g auf +/- 0,01 g umgesetzt werden. Selbiges galt für den notwenigen Masseauf- und Masseabtrag, der mit einer Genauigkeit im 1/100 Bereich realisiert werden sollte. Die Entwicklung eines derartigen Systems wurde durch die Erarbeitung und Entwicklung unterschiedlicher Ansätze aus den Bereichen der Konstruktion, der Softwaretechnik, der Messtechnik, der Handhabetechnik und der Fertigungstechnik erfolgreich umgesetzt und in Form eines rechnergestützten Versuchsstandes zusammengeführt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=24538
Schricker, Klaus; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Bräutigam, Kevin; Henckell, Philipp
Macroscopic surface structures for polymer-metal hybrid joints manufactured by laser based thermal joining. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 56 (2014), S. 782-790

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.086
Petrich, Martin; Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre
Examinations on laser remote welding of ultra-thin metal foils under vacuum conditions. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 56 (2014), S. 768-775

https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.084
Patschger, Andreas; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Process-limiting factors and characteristics of laser-based micro welding. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 56 (2014), S. 740-749

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.081
Nagel, Falk; Simon, Flaviu; Kümmel, Benjamin; Bergmann, Jean Pierre; Hildebrand, Jörg
Optimization strategies for laser welding high alloy steel sheets. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 56 (2014), S. 1242-1251

A known phenomenon during laser welding of thin sheets is the deformation caused by thermally induced stresses. This deformation can result in a change of the gap width between the welded parts, which leads to an unstable welding process. Inducing displacements by using a second heat source will compensate for the change in gap width, hence optimizing the welding process. The base material is 1 mm thick austenitic stainless steel 1.4301, which is welded by a CO2 laser. The second heat source is a diode laser. The gap between the welded parts was set between 0.05 mm and 0.1 mm. The influence of the second heat source on the welding process and the welding result is described. The usage of a second heat source allows a higher gap width to be set prior to the welding process. The results of the numerical simulation were found to be corresponding to those of the experiments.



http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.040
Nagel, Falk; Simon, Flaviu; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre; Kümmel, Benjamin
Optimization strategies for laser welding high alloy steel sheets. - In: Thermal forming and welding distorsion, (2014), S. 95-107

Patschger, Andreas; Güpner, Michael; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Remote micro welding with multi-mode and single-mode fiber lasers - a comparison. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2013), 1, S. 805-815

https://doi.org/10.2351/1.5062971
Bergmann, Jean Pierre; Bielenin, Martin; Witzendorff, Philipp
Effects of dual-beam laser welding and pulse shaping on cracking susceptibility of AA 5754 aluminum. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2013), 1, S. 415-421
Paper number 1505

https://doi.org/10.2351/1.5062909
Witzendorff, Philipp; vonGehrmann, Lorenz; Bielenin, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Kaierle, Stefan; Overmeyer, Ludger
Laser micro welding of aluminum with the superposition of a pulsed diode laser and a pulsed Nd:YAG laser. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2013), 1, S. 400-404

https://doi.org/10.2351/1.5062907
Franz, Markus; Haupt, Conrad; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Automated laser metal deposition welding in the field of tool and mould making. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2013), 1, S. 386-391
Paper #1405

https://doi.org/10.2351/1.5062905
Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin; Ruhdorfer, Benedikt
Laser joining of endless long fiber reinforced thermoplastics with aluminum. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2013), 1, S. 140-146
Paper number 601

https://doi.org/10.2351/1.5062863
Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schricker, Klaus; Günther, Karsten; Hübner, Marc
Prove di saldatura ad arco in short arc di leghe di magnesio e soluzioni per incentivare la riproducibilità del processo. - In: Rivista italiana della saldatura, ISSN 0035-6794, Bd. 65 (2013), 3, S. 355-360

The adoption of magnesium and magnesium alloys is an interesting option for lightening the car body in the automotive field. The weldability of magnesium is affected by the low melting temperature and the reduced range between melting and boiling temperature. In case of excessive heat input, the magnesium begins to boil, generating gas porosity and spattering. GMAW short arc welding fine tuned allows the heat input reduction, even if the poor wettability due to the high cooling speed at the weld start promotes lack of fusion and other imperfections. In this article the GMAW short arc optimized for magnesium alloys is described. More in detail, the focus is in the heat input control, with the target of establishing the process limits and proposing solutions for increasing the wettability, specially at the weld start, close to the fusion line.



Bergmann, Jean Pierre; Schricker, Klaus; Stambke, Martin
Prozessbezogenes Benetzungsverhalten beim laserbasierten Fügen von hybriden Metall-Kunststoff-Verbunden. - In: Oberflächentechnik für die Praxis, ISBN 978-3-00-042609-4, (2013), S. 70-74

Die Nutzung von Leichtbaupotenzialen in Ingenieurkombinationen kann durch die zunehmende Verwendung von hybriden Materialkombinationen vorangetrieben werden. Durch laserbasierte Fügeverfahren können dabei flächige Verbindungen großer Tragfähigkeiten hergestellt werden, wobei die hohe Flexibilität des Werkzeuges Laser dessen Einsatz für unterschiedliche Bauteilgeometrien ermöglicht. Insbesondere das laserbasierte, thermische Fügen von thermoplastischen Kunststoffen mit Metallen kann für den Leichtbau in vielfältigen Anwendungsbereichen, beispielsweise der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Analgenbau oder im Energiesektor, großes Entwicklungspotenzial bieten.



Simon, Flaviu B.; Nagel, Falk; Hildebrand, Jörg; Bergmann, Jean Pierre
Optimization strategies for welding high-alloy steel sheets. - In: Simulationsforum 2013 Schweißen und Wärmebehandlung, (2013), S. 189-200

Welding thin steel plates using laser beam technologies is an essential process in many manufacturing sectors, such as the home appliance sector, the vacuum technology sector or the medical equipment sector. A problem that the industry faces, is the deformation caused by residual stresses during laser welding. The standard methods to combat this, such as fixings and clamps, tend to be expensive and restrictive. The focus in the present study is on implementing a technique involving additional heat sources, which can reduce residual stresses in the plates and therefore optimize the outcome of the entire laser welding process. The experiment consists of two 1 mm Nickel-Chromium steel plates (1.4301) being laser welded to each other in a square butt weld. The special characteristics of the steel used, its high thermal expansion and low thermal conductivity, make it a good test subject for the problem at hand. The numerical simulation of the problem was used for a finer understanding of the processes and a better control of determining factors such as the temperature curves and the deformation of the steel plates.



Kotschote, Christian; Neudel, Christian; Bergmann, Jean Pierre; Rudolf, Heiko
Widerstandspunktschweißen von Aluminium-Stahl-Blechverbindungen mittels innenliegenden Stanzelementes. - In: Treffpunkt Widerstandsschweißen, (2013), S. 161-166

Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René; Peter, Sascha
Alternative Möglichkeiten zum Punktschweißen mittels Hybrid Friction Diffusion Bonding. - In: Treffpunkt Widerstandsschweißen, (2013), S. 143-150

Petzoldt, Franziska; Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René; Schneider, S.
Einfluss intermetallischer Phasen auf die Langzeitstabilitat von ultraschallgeschweissten Kupfer-Aluminium-Kontakten. - In: Metall, ISSN 0026-0746, Bd. 67 (2013), 11, S. 504-507

Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre; Schülze, Robert
Hot wire assisted gas metal arc welding of Ni-TC hardfacings. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 12 (2013), 6, S. 382-387

Kaufeld, Michael; Lissek, Fabian; Lissek, Fabian *1987-*; Bergmann, Jean Pierre;
Aufs Abstützen kommt es an : Bearbeitungskriterien für die Zerspanung labiler CFK-Strukturen. - In: Werkstatt + Betrieb, ISSN 0043-2792, Bd. 146 (2013), 12, S. 36-40

Der Weg zur optimalen Strategie bei der Zerspanung labiler CFK-Bauteile führt über die Kenntnisse der Wirkzusammenhänge an der Schneide. Eine Abstimmung von Zerspanungsparametern und Werkstückeigenschaften ist notwendig.



Eigenbrod, Hella; Bergmann, Jean Pierre
Fräsprozesse durch überlagerte Bewegungen optimieren. - In: VDI-Z. Special ... / Verein Deutscher Ingenieure. - Düsseldorf : VDI Fachmedien, 1994-[2019] , ISSN: 0931-864X , ZDB-ID: 1378110-8, ISSN 0931-864X, Bd. 155 (2013), 2, S. 30-31

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schneider, Stefan
Einfluss intermetallischer Phasen auf die Langzeitstabilität von Kupfer-Aluminium-Kontakten. - In: Thüringer Werkstofftag 2013, (2013), S. 121-126
Parallel als Druckausg. erschienen

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22997
Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin; Schricker, Klaus
Laserbasiertes Fügen von Thermoplasten mit metallischen Werkstoffen: aktueller Forschungsstand. - In: Thüringer Werkstofftag 2013, (2013), S. 213-214

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22997
Bergmann, Jean Pierre; Frisch, Willi; Günther, Karsten
Aufmischungsarmes, endkonturnahes Auftragschweißen hartstoffverstärkter Fe-Hartpanzerungen mittels geregelter, energiereduzierter MSG-Kurzlichtbogentechnik. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 65 (2013), 9, S. 602-607

Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René; Bielenin, Martin; Frisch, Willy; Stambke, Martin; Andreas, Daniel; Feustel, Thomas
Entkopplung von Wärmeanteilen beim Schweißen als Schlüssel für verbesserte Schweißbedingungen. - In: DVS Congress 2013, (2013), S. 327-332

Stambke, Martin; Bergmann, Jean Pierre; Huse, Christian
Laserbasierte Herstellung von Tailored Hybrid Blanks aus thermoplastischen Kunststoffen und Metall. - In: DVS Congress 2013, (2013), S. 199-204

Kotschote, Christian; Neudel, Christian; Bergmann, Jean Pierre; Rudolf, Heiko
Besonderheiten beim Aluminium-Stahl-Schweißen mittels Stanzelement. - In: DVS Congress 2013, (2013), S. 88-92

Petzoldt, Franziska; Schricker, Klaus; Günther, Karsten; Bergmann, Jean Pierre; Hübner, Marc
Mechanisiertes Magnesium-MSG-Schweißen mit Laserunterstützung zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens. - In: DVS Congress 2013, (2013), S. 39-45

Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René; Ritter, Kevin
Friction stir welding of tailored blanks of aluminum and magnesium alloys. - In: Sheet Metal 2013, (2013), S. 492-499

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Schneider, Stefan
Aging behavior of aluminium-copper mixed compounds. - In: Brazing, high temperature brazing and diffusion bonding, (2013), S. 304-308

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, René; Schneider, Stefan
Solid-state welding of aluminum to copper - case studies. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 57 (2013), 4, S. 541-550

http://dx.doi.org/10.1007/s40194-013-0049-z
Patschger, Andreas; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Approaches to increase process efficiency in laser micro welding. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 41 (2013), S. 585-595

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2013.03.121
Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin; Schmidt, Sebastian
Influence of aluminum coating and diffusion affecting additives on dissimilar laser joining of steel and aluminum. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 41 (2013), S. 190-198

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2013.03.069
Bergmann, Jean Pierre; Bielenin, Martin; Stambke, Martin; Feustel, Thomas; Witzendorff, P.; Hermsdorf, J.
Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 41 (2013), S. 180-189

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2013.03.068
Luhn, Thomas;
Prozessdiagnose und Prozessüberwachung beim Rührreibschweißen
1. Aufl.. - Berlin : Pro Business, 2013. - 129 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
ISBN 978-3-86386-963-2

Das Rührreibschweißen ist ein dynamischer Prozess, bei dem der Werkstofftransport nicht kontinuierlich erfolgt. Die Veränderungen im Werkstofftransport resultieren auch in einem dynamischen Verhalten der Prozessrückwirkungen. Diese weisen einen charakteristischen Verlauf während einer Werkzeugumdrehung auf. Es wurden unterschiedliche Größen sowie Möglichkeiten ihrer Erfassung auf die Eignung zur Prozessüberwachung untersucht. Der statische Anteil der Prozesskräfte und Momente ist von vielen Faktoren abhängig, so dass keine allgemeine Korrelation mit dem Schweißergebnis abgeleitet werden kann. Der dynamische Anteil der Prozessrückwirkungen enthält weitere relevante Informationen zum Zustand des Prozesses, welche durch geeignete Auswertungs- und Überwachungskriterien extrahiert und zur Prozessüberwachung genutzt werden können. Das Drehmoment darf zu keinem Zeitpunkt während des Schweißens Werte von Null annehmen. Dieser Fall bedeutet für den Prozess, dass keine Wärmeerzeugung und kein aktiver Werkstofftransport auftreten. Die Wiederholgenauigkeit des Verlaufes der Prozesskräfte bei mehreren aufeinander folgenden Werkzeugumdrehungen ist ein charakteristisches Maß für die Reproduzierbarkeit des Werkstofftransportes. Treten bei aufeinander folgenden Werkzeugumdrehungen große Unterschiede im Verlauf der Kräfte auf, so bedeutet dies eine Instabilität des Prozesses. Zusammenhänge zwischen gemessenen Beschleunigungen und dem Fügeergebnis konnten mit Analysen im Frequenzbereich nicht ermittelt werden. Das Verhalten des Gesamtsystems infolge der Schwingungsanregung durch die Werkzeugrotation überlagert Rückwirkungen aus dem Prozess. Die Prozessüberwachung zur Erkennung von Nahtfehlern und Unregelmäßigkeiten während des Schweißens ist ein Beitrag zum Erreichen einer höheren Prozess- und Produktqualität. Es ist möglich, fehlerhafte Verbindungen zu erkennen, zeitnah die Suche nach den Ursachen zu veranlassen und den auftretenden Ausschuss zu verringern. Dies ist jedoch nur ein Schritt in Richtung höherer Produktivität und Wirtschaftlichkeit beim Rührreibschweißen. Weiteres Potenzial besteht in der Nutzung der Erkenntnisse zur Realisierung einer neuen, qualitätsorientierten Prozessregelung.



Geigenmüller, Anja; Lingens, Bernhard; Lingens, Bernhard *1987-*; Bergmann, Jean Pierre;
Adaptionsbarrieren im Technologietransfer - Begriff, Relevanz und Implikationen für das Marketing. - Ilmenau : Verl. proWiWi, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 29 S., 271 KB). - (Ilmenauer Schriften zur Betriebswirtschaftslehre ; 2013,1) ISBN 978-3-940882-40-0

Der Erfolg eines Technologietransfers hängt unter anderem von der Bereitschaft und Fähigkeit potenzieller Anwender zur Akzeptanz der zu transferierenden Technologie ab. Während die Literatur dem Prozess des Technologietransfers große Aufmerksamkeit widmet, gibt es vergleichsweise wenige Erkenntnisse zum Management von Akzeptanzbarrieren und Kommunikationsmaßnahmen zur Bewältigung dieser Barrieren. Ziel des vorliegenden Beitrags ist es, diese Barrieren näher zu untersuchen und Kommunikationsinhalte und -instrumente zu betrachten, die diese Barrieren wirkungsvoll überwinden helfen. Der vorliegende Beitrag diskutiert daher den Stand der Literatur zur Adaption von Innovationen und zur Förderung einer Innovationsadaption durch Kommunikationsinhalte und -instrumente. Am Beispiel einer neuartigen Fügetechnologie werden Maßnahmen für eine zielgerichtete Vermittlung von Informationen zur Förderung ihrer Adaption durch potenzielle Anwender dargestellt. Der Beitrag endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf weitere Forschungsfragen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013200034
Patschger, Andreas; Hild, Matthias; Bergmann, Jean Pierre; Bliedtner, Jens
Examinations on laser-welded joints of ultra-thin metallic foils. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2012), 1, S. 794-803
M404

https://doi.org/10.2351/1.5062542
Bergmann, Jean Pierre;
Perspectives and characteristics of high-quality LASER processes. - In: Welding international, ISSN 1754-2138, Bd. 26 (2012), 1, S. 1-7

In the final years of the twentieth century, the rapid development of high-power LASERs has certainly given increased impetus to the use of LASER technologies for welding and cutting. The early years of the twenty-first century have seen the optimization and improvement of LASER sources, which have now become the optimal tools for industrial manufacturing. The main objective for an industrial process is primarily high-process speed and overall cost savings for the process itself. It is precisely in response to those two aspects that new concepts, such as the so-called fibre LASER or disk LASER, are applied. Both sources are solid-state LASERs with wavelengths between 1060 and 1080 nm (depending on the doping elements), in which the side effects caused by heating of the active medium reduce the quality of the beam. The main scope of this paper is to provide information on the possibilities and the strategies to be used when working with LASERs with high-quality sources. The development of processes using sources of this type is only in the early stages and scientific maturity, and readiness for application has only been achieved in a certain number of cases. In numerous other cases, the process is only beginning.



http://dx.doi.org/10.1080/09507116.2011.581350
Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin
Potential of laser-manufactured polymer-metal hybrid joints. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 39 (2012), S. 84-91

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2012.10.017
Patschger, Andreas; Bliedtner, Jens; Hild, Matthias; Bergmann, Jean Pierre
Flexible and efficient laser remote welding of ultra-thin metal foils. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, Bd. 24 (2012), 5, S. 052005, insges. 8 S.

http://dx.doi.org/10.2351/1.4746453
Bergmann, Jean Pierre; Schürer, René; Stambke, Martin; Günther, Karsten; Schricker, Klaus
Kopplung von Wärmequellen beim Schweißen - Potenziale. - In: Lasermaterialbearbeitung, (2012), S. 59-66

Patschger, Andreas; Hild, M.; Strocka, S.; Bliedtner, Jens; Bergmann, Jean Pierre
Beitrag zur Prozessauslegung beim Mikrolaserschweißen an ultradünnen metallischen Folien. - In: Lasermaterialbearbeitung, (2012), S. 12-20

Luhn, Thomas; Strombeck, Alexander; Schürer, René; Bergmann, Jean Pierre
Energieeffizienz beim Fügen mittels Rührreibschweißen. - In: DVS Congress 2012, (2012), S. 273-277

Bergmann, Jean Pierre; Stambke, Martin; Griebel, M.; Bastick, André; Leitner, M.; Heist, P.; Höcker, F.
Ansätze und Methoden zur Erhöhung der Effizienz beim Laserstrahlschweißen. - In: DVS Congress 2012, (2012), S. 269-272

Goecke, Sven-Frithjof; Bergmann, Jean Pierre; Witte, K.-H.
Die Effizienzfabrik - Schwerpunkte und Analysemöglichkeiten aus Sicht der Schweißtechnik zur ressourceneffizienten Fertigung. - In: DVS Congress 2012, (2012), S. 263-264

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Schürer, Rene
Joining and welding of dissimilar materials for energy applications. - In: Materials for energy and power engineering, (2012), S. 91
Parallel als Druckausg. erschienen

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=20825
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Automatyzacja regeneracji dużych narz&hlink;edzi do gł&hlink;ebokiego tłoczenia :
Automatisiertes Regenerieren von großen Tiefziehwerkzeugen. - In: Welding technology review, ISSN 2449-7959, Bd. 83 (2011), 9, S. 58-63

https://doi.org/10.26628/wtr.v83i9.510
Patschger, Andreas; Hild, Matthias; Bergmann, Jean Pierre; Bliedtner, Jens
Flexible and efficient laser remote welding of ultra-thin metal foils. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2011), 1, S. 808-816
Paper #M202

https://doi.org/10.2351/1.5062330
Hilber, S.; Bergmann, Jean Pierre; Bliedtner, Jens
Feinschneiden von refraktären Metallfolien mittels CO2- und Picosekunden-Laser. - In: Tagungsband, (2011), S. 203-208

Patschger, Andreas; Hild, M.; Bergmann, Jean Pierre; Bliedtner, Jens
Remote-Schweiß-Strategien zum Fügen ultradünner metallischer Folien. - In: Tagungsband, (2011), S. 209-214

Bergmann, Jean Pierre; Petzoldt, Franziska; Nagel, Falk;
Fügen und Oberfläche - der Zusammenhang am Beispiel des Diffusionsschweißens und des Laserstrahlfügens von Mischverbindungen. - In: Tagungsband zum 14. Werkstofftechnischen Kolloquium und zur 9. Industriefachtagung "Oberflächen- und Wärmebehandlungstechnik", (2011), S. 140-145

Bergmann, Jean Pierre; Patschger, Andreas; Bastick, André
Enhancing process efficiency due to high focusing with high brightness lasers - applicability and constraints. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 12.2011, Part A, S. 66-74

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.009
Patschger, Andreas; Sahib, Christoffer; Bergmann, Jean Pierre; Bastick, André
Process optimization through adaptation of shielding gas selection and feeding during laser beam welding. - In: Physics procedia, ISSN 1875-3892, Bd. 12.2011, Part A, S. 46-55

http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.007
Bergmann, Jean Pierre;
Möglichkeiten und Perspektiven zum stoffschlüssigen Fügen von Kupfer mit Aluminium-Verbindungen durch Pressschweißverfahren. - In: Große Schweißtechnische Tagung 2011, Studentenkongress 2011, Abschlusskolloquium Lichtbogenschweißen 2011, (2011), S. 97-101

Bergmann, Jean Pierre; Bastick, André
Schweißen von Steppnähten mittels Laser - mechanische Eigenschaften in Abhängigkeit der Nahtgeometrie. - In: Join-Ex 2010 Wien, (2010), 11, insges. 8 S.

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Drescher, Viktor; Reich, Sebastian; Bergmann, Jean Pierre
Wärmearmes Laserstrahllöten verzinkter Stähle mittels niedrigschmelzender Lotwerkstoffe. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 62 (2010), 11, S. 622-625

Patschger, Andreas; Sahib, Christoffer; Bergmann, Jean Pierre; Bastick, André
Effiziente und anwendungsorientierte Prozessauslegung für das Laserstrahlschweissen. - In: Verfahren und Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung, (2010), S. 11-20

Roos, Arne;
Grundlegende Untersuchung über ein neues Schweißverfahren namens HFDB (Hybrid Fricion Diffusion Bonding), 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 125 S., 14,6 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Wissenschaftliche und technologische Fragestellungen im Bereich des Fügens von Werkstoffen in Transport- und Energieindustrie waren der Ausgangspunkt für die Entwicklung eines neuen Fügeverfahrens.Das Fügen von ungleichartigen Werkstoffen ist mit Herausforderungen behaftet.Integrale Strukturen in Flugzeugen benötigen Fügeverfahren, die in Festigkeit und Schmelzpunkt unterschiedliche Metalle wie Titan als Rissstopper sowie Aluminium als Rumpfschale verbinden können. Intermetallische Phasen der im Schmelzpunkt sowie Wärmeausdehungskoeffizienten differierenden Metalle erschweren dies.In Verbundstrukturen aus Aluminium und Kunststoffen mit Schichtdicken von wenigen zehntel Millimetern sollen die Aluminium-Schichten miteinander verbunden werden ohne den dazwischen liegenden Kunststoff zu zerstören.Das Verbinden ungleichartiger Werkstoffe stößt bei herkömmlichen Fügeverfahren dann an seine Grenzen, wenn keine Adhäsion wie bei Klebungen, sondern eine Verbindung auf atomarer Ebene verlangt wird. Soll dazu noch makroskopisches Durchmischen der Fügepartner, sowie eine zu starke Wärmeenergieeinbringung unterbleiben, scheiden die meisten heutigen Fügeverfahren aus.Die Fragestellung des Verbindens ungleichartiger Metalle führte im Rahmen der vorlieg enden Arbeit zur Entwicklung eines neuen reib-/diffusionsbasierten Fügeverfahren.Basierend auf vorliegenden Erfahrungswerten des Rührreibschweißverfahrens (Friction Stir Welding, FSW) wurden Reibwerkzeuge hergestellt und an dünnen Aluminium / Aluminium Überlappverbindungen untersucht. Die ersten Vorversuche waren viel versprechend, eine Verbindung wurde erzielt. Da das Ziel für dieses neue Fügeverfahren ungleichartige Werkstoffe sowie Folienstärken einschloss, wurden weitere Werkstoffkombinationen untersucht. Im Zuge der Grund lagenuntersuchung wurden mit dem neuen Verfahren Fügeversuche mit gleichartigen und ungleichartigen Metallen (EN AW-Al Cu4Mg1; EN AW-Al Zn5,5MgCu; EN AW-1050A; X5 CrNi 18 10; Ti6Al4V; Magnesiumknetlegierung AZ31) in Dicken von 0,1 mm bis 0,7 mm durchgeführt, sowie die Anwendung des neuen Verfahrens am Mock-Up eines Rohrbündelwärmeübertragers erprobt.Weiterhin wurde für die anvisierte Probenlänge eine Klammerung entworfen, die ein Beulen der dünnen Bleche während des Fügens verhindern sollte.Die Charakterisierung des neuen Fügeverfahren wurde mit metallographischen sowie mechanischen Charakterisierungsverfahren (REM, CT, Nanoindenter, EDX, Schäl-/Scherzugversuche, optische Mikroskopie) durchgeführt.Die Ergebnisse der EDX Untersuchungen zeigen, dass metallische Verbindungen sowohl bei den Al / Al als auch den Al / Ti Proben vorliegen. Die vergleichenden Ergebnisse der mechanischen Charakterisierung mit dem Diffusionsschweißverfahren (Diffusion Bonding, DB) zeigen ähnliche Schälzugkräfte bei deutlich reduzierten Prozesstemperaturen und zeiten für das neue Verfahren. Die CT Untersuchungen weisen darauf hin, dass keine vertikale Durchmischung wie beim FSW vorliegt. Eine Gefügeuntersuchung in Verbindung mit einem analytischen Vergleich zum DB Verfahren zeigt, dass das neue Verfahren diffusionsbasiert arbeitet.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15775
Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Tkachenko, Viktoriya
Entwicklung einer Fügetechnologie zum Herstellen von Mischverbindungen mit Titanwerkstoffen bei niedrigen Temperaturen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 61 (2009), 8, S. 416-421, insges. 4 S.

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Baallaoui, Abdelmjid
Entwicklung von lötgerechten Konstruktions- und Verfahrensstrategien/-empfehlungen zum Fügen von temperierbaren Werkzeugen mittels Hochtemperaturlöten. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 61 (2009), 7, S. 353-357

Neumann, Tomasz;
Friction stir welding of Al 2024-T351 using a self-reacting bobbin tool
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2009. - X, 125 S.. - (Werkstofftechnologie ; 8) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
ISBN 978-3-86130-996-3

In allen industriellen Bereichen wird eine Minimierung der Umweltbelastung, hervorgerufen zum Beispiel durch CO2-Emissionen, angestrebt. Insbesondere dort, wo Massen bewegt werden müssen, ergeben sich durch Gewichtsreduzierung vielfältige Möglichkeiten der Lösung dieses Problems. Daraus resultiert die häufige Verwendung von Leichtbauwerkstoffen wie Aluminiumlegierungen im Flugzeug- und Automobilbau. Jedoch lassen sich nicht alle Aluminiumlegierungen mit konventionellen Schmelzschweißverfahren fügen. Aus diesem Grund werden alternative Verfahren benötigt, die den hohen technologischen Erwartungen gerecht werden. Das Rührreibschweißen stellt hierfür eine sinnvolle Alternative, insbesondere für das Fügen von Leichtmetallen, dar, da die Solidustemperatur der Werkstoffe nicht überschritten wird. Weiterhin ist dieses Verfahren gut automatisierbar und bereits vereinzelt in der Serienfertigung im Einsatz. Aktuell wird zwischen zwei Hauptformen unterschieden, den konventionellen, einseitigen Werkzeugen und den zweiseitigen, kraftautarken, so genannten Bobbin-Tools. Durch den Einsatz von kraftautarken Werkzeugen können die Anforderungen an die Anlagentechnik in Bezug auf Steifigkeit gegenüber den einseitigen Werkzeugen zur Aufnahme der resultierenden Axialkräfte stark reduziert werden. Darüber hinaus können auch Rohrprofile und Alu-Strangpressprofile gefügt werden, deren Einsatz zum Beispiel im Flugzeugbau erfolgt. Im Mittelpunkt des Interesses steht insbesondere die hochfeste Aluminiumlegierung 2024 (AlCuMg2). Das von der GKSS entwickelte, kraftautarke Werkzeug wurde als übertragbares, leichtes und flexibles Schweißwerkzeug zur Anwendung mit dem Roboter konstruiert, wobei im Gegensatz zu Bobbin-Tool Werkzeugen anderer Hersteller auch dünne Bleche bis 4 mm prozesssicher gefügt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der folgende Bereich untersucht: Weiterentwicklung des GKSS Bobbin-Tool, insbesondere im Hinblick auf das Gesamtsystem mit einem Roboter und Schwerpunkt auf der Anwendung der hochfesten Aluminiumlegierung 2024. Es erfolgte die Auswahl und Bewertung von Pingeometrien zur Herstellung von Proben für die Prüfung und Charakterisierung der Schweißnahteigenschaften. Die geforderten mechanischen Eigenschaften konnten im Rahmen der Untersuchung mit den ausgewählten Pinformen und Parametersätzen realisiert werden.



Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Reich, Sebastian; Kopylow, C.; Schulze, M.; Hampl, Jörg
KomoRob - ein kognitives und mobiles Roboter-System zur Vor-Ort-Instandsetzung von verschlissenen Bauteilen. - In: Die Verbindungs Spezialisten 2008, (2008), S. 140-143

Bergmann, Jean Pierre;
Thermische Fügeverfahren : Werkstoff- und Prozesstechnik für das Fügen bei niedrigen Temperaturen
1. Aufl.. - Aachen : Mainz. - II, 138 S.. - (Werkstofftechnologie ; 5) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Habil.-Schr., 2008
ISBN 3-86130-994-7

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Reich, Sebastian; Dal-Canton, Sebastian
Cladding of aluminum substrates with iron based wear resistant materials using controlled short arc technology. - In: Surface and coatings technology, ISSN 1879-3347, Bd. 202 (2008), 18, S. 4509-4514

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.04.035
Rost, Dirk;
Laserpulsabscheidung von superharten Schichten auf der Basis von diamantartigem Kohlenstoff und kubischem Bornitrid, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 196 S., 10,1 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen

In dieser Arbeit werden theoretische und praktische Untersuchungen zur Abscheidung von superharten wasserstofffreien tetragonal gebundenen amorphen Kohlenstoffschichten (ta-C) und superharten kubischen Bornitridschichten (c-BN) mittels Laserpulsablation durchgeführt. Zu Beginn erfolgt eine Einleitung zu den beiden Schichtmaterialien Kohlenstoff und Bornitrid und eine Analyse des derzeitigen Erkenntnisstandes der Forschungen und der Technik. Die in diesem Umfang erstmalig durchgeführten experimentellen Untersuchungen und die darauf basierenden theoretischen Berechnungen hinsichtlich der Eigenschaften der Teilchen des durch Laserpulsablation erzeugten schichtbildenden Teilchenstroms liefern wichtige Erkenntnisse über die Anzahl, die Ablationsverteilung, die mittlere kinetische Energie und die Bewegung der ablatierten Teilchen vom Target zum Substrat sowie über die Parameter des gesamten Teilchenstromes und dessen Zusammensetzung. Diese Ergebnisse stellen die Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen zur Abscheidung der ta-C- und c-BN-Schichten dar. Die Untersuchungen zur Abscheidung von ta-C-Schichten mittels Laserpulsablation zeigen die Prozessparameter, bei denen ein hoher sp&dzcy;-Bindungsanteil in den Schichten und damit verbunden eine hohe Härte erreicht werden kann. Durch die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Reduzierung der mechanischen Schichtspannungen werden bis zu 5 æm dicke nahezu spannungsfreie ta-C-Schichten mit einem sp&dzcy;-Bindungsanteil von bis zu 85 % durch sukzessive Laserpulsabscheidung und Laserpulsentspannung von Subschichten abgeschieden. Die Schichten erreichen durch den Einsatz von Haftvermittlerzwischenschichten eine hohe Haftfestigkeit von 30 bis 50 N auf verschiedenen Substraten. Die Schichten besitzen dabei eine Vickersmikrohärte von 60 - 65 GPa, einen E-Modul von etwa 900 GPa und eine Dichte im Bereich von 3,1 bis 3,3 g/cm 3. Weiterhin wird gezeigt, wie nanokristalline kubische Bornitridschichten mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung erzeugt werden können. Durch die hohe mittlere kinetische Energie der ablatierten schichtbildenden Teilchen von 130 - 180 eV bei einer Targetlaserpulsfluenz von über 25 J/cm 2 kann der für das c-BN-Wachstum erforderliche Ionenbeschuss sehr stark reduziert werden, wodurch bei einer relativ niedrigen Substrattemperatur von 250 &ayn;C Schichtaufwachsraten von bis zu 50 nm/min erreicht werden. In Abhängigkeit von den Beschichtungsparametern besitzen die c-BN-Schichten eine Vickersmikrohärte von 40 - 45 GPa, einen E-Modul im Bereich von 480 520 GPa, eine Dichte zwischen 3,05 und 3,4 g/cm 3 und zusätzlich eine hohe Haftfestigkeit durch die Verwendung von hexagonalen Bornitridschichten als Haftvermittlerzwischenschicht. In den Untersuchungen hinsichtlich des Einbaus von hexagonalen Partikulaten in die c-BN-Schichten werden die Auswirkungen auf die Eigenschaften der Schichten aufgezeigt und Lösungen dargestellt, wie die Dichte der Partikulate in den Schichten durch den Einsatz eines zweiten Targetlaserstrahles oder durch die Verwendung von verschiedenen Magnetfeldanordnungen reduziert bzw. vollständig beseitigt werden kann.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12426
Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Drescher, Viktor; Schaaf, Peter
High-temperature-functionalization of surfaces: drag reduction and self-cleaning. - In: Thermal spray crossing borders, ISBN 978-3-87155-979-2, (2008), insges. 6 S.

Zimmermann, Yvonne; Neudeck, Andreas; Möhring, Uwe; Petzoldt, Franziska; Schmidt, Udo; Jakob, Christine; Ulrich, Hans-Jürgen; Höland, Dieter; Weber, Steffen
Verkupfern textiler Materialien. - In: Melliand-Textilberichte, ISSN 0341-0781, Bd. 89 (2008), 10, S. 386-387

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Beck, W.
Some examples of current diffusion bonding applications. - In: Materials science and engineering technology, ISSN 1521-4052, Bd. 39 (2008), 4/5, S. 349-352

http://dx.doi.org/10.1002/mawe.200800304
Höfer, Tillmann;
Technologien zum robotergestützten Laser-MSG-Hybridschweißen von Achsbauteilen aus Aluminium und Stahl, 2008. - Getr. Zählung [ca. 170 S.] Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen

Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugentwicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen Systemarchitektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen Systemarchitektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer Anforderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungsansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesignmodells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu automatisieren. Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen, durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern. Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt, die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Goecke, Sven-Frithjof
Beztopnikowe niskotemperaturowe spajanie lekkich konstrukcji różnoimiennych metod&hlink;a sterowanego łuku zwarciowego. - In: Przegl&onced;ad spawalnictwa, ISSN 0033-2364, Bd. 79 (2007), 9, S. 77-81
Zsfassung in engl. Spr.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Nowe możliwoâsci spajania przez wykorzystanie efektów zwi&hlink;azanych z wielkoâsci&hlink;a cz&hlink;astek. - In: Przegl&onced;ad spawalnictwa, ISSN 0033-2364, Bd. 79 (2007), 9, S. 71-76
Zsfassung in engl. Spr.

Wilden, Johannes; Fischer, Georg
Laser synthesis of nanostructured ceramics from liquid precursors. - In: Applied surface science, Bd. 254 (2007), 4, S. 1067-1072

http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.08.047
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Dolles, Markus
Enhanced cladding quality through application of high frequency magnetic fields. - In: XVI International Symposium on Gas Flow, Chemical Lasers, and High-Power Lasers, 2007, S. 63461E, insges. 8 S.

Bergmann, Jean-Pierre; Holtz, Ronald; Wilden, Johannes
Modification of solidification conditions through the application of pulsed Nd:YAG lasers. - In: XVI International Symposium on Gas Flow, Chemical Lasers, and High-Power Lasers, (2007), S. 634612, insges. 10 S.

Wilden, Johannes; Jahn, Simon
Innovative Fügetechnologien für die Mikrosystemtechnik. - In: Schweißtechnik und Fügetechnik - Schlüsseltechnologien der Zukunft, (2007), S. 209-218

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Reich, Sebastian; Dolles, Markus; Dal-Canton, S.
Controlled short arc technology for cladding aluminum components with minimized heat input. - In: THE Coatings 2007, (2007), S. 163-169

Wilden, Johannes; Fischer, Georg
Laser induced pyrolysis of liquid silicon organic polymers. - In: Laser assisted net shape engineering 5, (2007), S. 463-473

Wilden, Johannes; Dolles, Markus
Rapid generation of high-aspect-ratiocladdings within one pass. - In: Laser assisted net shape engineering 5, (2007), S. 847-858

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Neuartige kognitionsorientierte und modulare Service-Roboter zur Vor-Ort-Instandsetzung von Tiefziehwerkzeugen. - In: Die Verbindungs Spezialisten 2007, (2007), S. 476-479

Schnick, Thomas; Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Hampl, Jörg
Strategien zur roboterbasierten Auslegung des Plasma-Pulver-Auftragschweißens in Zwangslagen. - In: Die Verbindungs Spezialisten 2007, (2007), S. 425-429

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Reibrührschweißen von dünnen Aluminium- und Stahlblechen. - In: Die Verbindungs Spezialisten 2007, (2007), S. 133-138

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Holtz, R.; Richter, K.; Le Guin, A.
Einsatz von gepulsten Nd:YAG-Lasern für das Fügen von Werkstoffen und Werkstoffkombinationen mit anspruchsvollen Eigenschaften. - In: Die Verbindungs Spezialisten 2007, (2007), S. 13-18

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Fischer, Georg
Use of liquid precursors and discrete laser pulses for the direct generation of ceramic micro components. - In: Lasers in manufacturing 2007, (2007), S. 219-224

Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Wilden, Johannes
Potenzialità e prospettive dei processi ibridi per riporti superficiali. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 11 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Il laser nei processi di giunzione : tendenze, sinergie e confronto con altri processi ; Milano, 2 Dicembre 2004

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Neuartige Möglichkeiten zum Herstellen von Mischverbindungen aus Titan- mit Aluminium- und mit Stahlwerkstoffen durch Diffusionsschweißen. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 11 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Metallspritzen : Grundlagen und Anwendung. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 9 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Jahrestagung des DVS-Bezirksverbandes Südthüringen, 2004

Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes
La saldobrasatura e la brasatura laser di acciai zincati e di giunti misti acciaio alluminio con laser di alta potenza. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 11 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Il laser nei processi di giunzione : tendenze, sinergie e confronto con altri processi ; Milano, 2 Dicembre 2004

Wilden, Johannes; Jahn, Simon
Endbearbeitung thermisch gespritzter und auftraggeschweißter Schichten. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.

Theiler, C.; Jüpner, W.; Frank, Heiko; Wilden, Johannes
Untersuchung der metallurgischen Grundlagen zum Herstellen gerichtet erstarrter Titanaluminid Bauteile mit hohen Abkühlraten und kurzen Einwirkzeiten. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 11 S.

Wilden, Johannes; Frank, Heiko
Untersuchung des Einflusses der latenten Wärme auf die Gefügeausbildung beim Laserlegieren mit kurzen Einwirkzeiten. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 10 S.

Wilden, Johannes; Frank, Heiko
Thermal spraying - simulation of coating structure. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 7 S.

Wilden, Johannes; Frank, Heiko
Modeling vacuum plasma spraying - influence of process parameters on the splat formation and coating properties. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 7 S.

Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes
Influence of alloying elements on diffusion welding of light weight hybrid joints. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 1 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: E-MRS 2005 Fall Meeting, Symposium H, Warsaw (Poland), 5th - 9th September, 2005

Wilden, Johannes; Knepper, Michael; Bergmann, Jean Pierre; Rodijnen, Fred; Jahn, Simon; Reich, Sebastian
Lichtbogenspritzen - Grundlagen und Anwendungen der innovativen Lichtbogentechnik. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 13 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 1. Spritztechnisches Kolloquium, Wroclaw, 2005

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Reich, Sebastian
Fügen von verzinkten Stahlblechen mit minimaler Beeinflussung der Zinkschicht. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 10 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Jahrestagung des DVS-Verbandes Südthüringen, 2005

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
A method to improve efficiency and reliability of laser cladding procedding by plasma-augmented-laser-cladding. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 7 S.
P573

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko
PTA welding - modeling and experimental optimization. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: International Thermal Spray Conference, May 15 - 18, 2006, Seattle, Wash., USA

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Winkler, Janine
Plasma-Augmented-Laser-Cladding (PALC) - basics and application. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 2nd Pacific International Conference on Application of Lasers and Optics, 2006

Bergmann, Jean Pierre; Holtz, Ronald; Wilden, Johannes
Modification of solidification conditions through the application of pulsed Nd:YAG lasers. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 10 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Enhanced cladding quality through application of high frequency magnetic fields. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 8 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Diffusionsschweißen von Replikationswerkzeugen. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Der Laserstrahl als effizientes und flexibles Hilfsmittel zum Beschichten und Generieren. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 10 S.

Wilden, Johannes;
Virtuelles Werkstoff- und Prozessdesign funktionaler Schichten. - In: Materials science and engineering technology, ISSN 1521-4052, Bd. 38 (2007), 2, S. 131-138

http://www.dx.doi.org/10.1002/mawe.200600118
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Holtz, Ronald; Richter, Karsten
Stand und Perspektiven beim Laserstrahlschweißen mit gepulsten modulierbaren Laserstrahlquellen. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 4 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Sagrauske, Marc
Saldatura per diffusione, un esempio di rapid tooling. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 14 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Rührreibschweißen von dünnen Aluminium- und Stahlblechen. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 5 S.

Wilden, Johannes; Fischer, Georg
Laser induced pyrolysis of liquid silicon organic polymers. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 10 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Schlichting, Sebastian
Iron-based nano crystalline solidifying wear resistant materials for cladding of aluminium substrates. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 4 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Neuwöhner, P.; Goecke, Sven-F.
Grundlegende Untersuchungen zum flussmittelfreien Löten von Leichtmetall-Material-Mix-Konstruktionen. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Fischer, Georg
Free form near-net-shape laser-synthesis of nanostructured ceramics. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Beck, W.
Fertigungstechnische Aspekte beim Diffusionsschweißen innenkonturierter Bauteile im industriellen Umfeld. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Schlichting, Sebastian; Schnick, Thomas
Cladding of aluminum substrates with nano crystalline solidifying wear resistant iron-based materials. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 5 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Thermal Spray 2007

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Reich, Sebastian; Knapp, Sebastian; Rodijnen, Fred; Fischer, Georg
A new method for the production of particle reinforced coatings. - In: Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau, (2007), insges. 6 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: Thermal Spray 2007

Wilden, Johannes; Bruns, Claas
Nanotechnologie - Innovationspotenzial und Herausforderungen für die Fügetechnik. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 59 (2007), 3, S. 146-155

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Reich, Sebastian; Neuwöhner, P.; Goecke, Sven F.
Grundlegende Untersuchungen zum flussmittelfreien Löten von Leichtmetall-Material-Mix Konstruktionen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 176-182

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Knapp, Sebastian; Rodijnen, Fred; Fischer, Georg
Investigation about the chrome steel wire arc spray process and the resulting coating properties. - In: Journal of thermal spray technology, ISSN 1544-1016, Bd. 16 (2007), 5/6, S. 759-767

http://www.dx.doi.org/10.1007/s11666-007-9114-8
Wilden, Johannes
Fachgebiet Fertigungstechnik - Technische Universität Ilmenau : die Verbindungsspezialisten 2007, 16. bis 18. September 2007, Basel. - Ilmenau, 2007. - 1 CD-ROMCD-ROM enth.: Publikationen 1999 - 2007, Vorstellung des Fachgebietes in Text- und Videoform

Jahn, Simon;
Technologieentwicklung zur Herstellung variantenreicher innenstrukturierter Bauteile und Werkzeuge
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - 171 S.. - (Werkstofftechnologie ; 2) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 3-86130-993-9

Durch die systematische Forschung bieten sich neue Ansätze und technische Prinzipien. Ein Beispiel dafür ist das Ausnutzen von Größeneffekten, wobei vor allem das Skalieren hin zu Mini- und Mikrokanälen zu nennen ist. Technisch umgesetzt wird dies in Bauteilen mit mikroskopischen Innenstrukturen, wie sie in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern benötigt werden. Durch die Verkleinerung von Kanälen wird ein höheres Oberflächen-Querschnittsverhältnis erzielt, wodurch auch in Mikrobauteilen sehr große Oberflächen innerhalb der Komponenten realisiert werden können. Gefordert wird dies in allen Bereichen, in denen Wärme zu- oder abgeführt bzw. getauscht werden muss, beispielsweise beim Spritzgießen oder der Kühlung von elektronischen Bauteilen wie Prozessoren. In allen Bereichen der Verfahrenstechnik besteht ebenso ein Bedarf an mikrostrukturierten Bauteilen, um Medien unter Ausnutzung von Größeneffekten zu mischen oder zu trennen. Auch wird die vergrößerte Oberfläche für katalytisch ablaufende Reaktionen gefordert, um große Katalysatorflächen zu erhalten. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, eine Prozesskette zum Herstellen von metallischen Bauteilen mit innenliegenden Mini- und Mikrokanälen zu entwickeln, ohne dass die Funktionsstrukturen während des Fügens deformiert und Form- und Lagetoleranzen überschritten werden. Mit der Prozesskette Lamellarer Aufbau und Diffusionsschweißen konnten diese Anforderungen erfüllt werden. Für makroskopische Dimensionen ist dieses Vorgehen schon seit längerem bekannt. Die Überführung hin zu Mikrodimensionen scheiterte jedoch bisher an den fehlenden Kenntnissen. Mit der vorliegenden Arbeit werden potentiellen Anwendern Erkenntnisse bereit gestellt, die notwendig sind, um innenstrukturierte metallische Bauelemente innerhalb der vorgegebenen Toleranzen fertigen zu können.Im Mittelpunkt der Untersuchung stand die skalierungsbedingte Anpassung des Diffusionsschweißprozesses. Dafür wurden sowohl Experimente als auch FEM-Simulationen notwendig. Durch das Optimieren der Prozessparameter und Integrieren von Zusatzflächen sowie dem Anwenden einer Schweißstrategie konnten letztendlich Demonstratoren erfolgreich angefertigt werden. Neben dem eigentlichen Fügeprozess wurden weitere Elemente der Prozesskette analysiert und bewertet, wie beispielsweise die Lamellenfertigung und die dabei auftretende Gratbildung oder das Positionieren der Lamellen vor dem Schweißen mittels verschiedener Methoden.Anhand der gefertigten Demonstratoren, deren Konstruktion mittels CAE-Tools unterstützt wurde, konnte das Potential der Prozesskette für die Anwendungsgebiete Temperierung von Formwerkzeugen, Kühlen von Bauteilen sowie Verfahrenstechnik nachgewiesen werden.



Dolles, Markus;
Laserstrahlauftragschweißen unter dem Einfluss magnetischer und elektrischer Felder
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - 160 S.. - (Werkstofftechnologie ; 3) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 3-86130-991-2

Der Einsatz von Laserstrahlung in der Oberflächentechnik steht derzeit als Synonym für exzellente Oberflächenqualität, geringste thermische Bauteilbeeinflussung, feine Mikrostruktur und minimale Aufmischung beim Beschichten. Zugleich steht diese aber auch für extrem hohe Schichtkosten. Eine umfassende industrielle Nutzung wird nur bei drastischer Steigerung der Prozesseffizienz erfolgen. Ein innovativer Ansatz zur Effizienzsteigerung verfolgt das gezielte Formen des Raupenquerschnitts während des Auftragschweißens. Hierzu ist es erforderlich, das Kräfteverhältnis im Schmelzbad durch eine von außen aufgebrachte Kraftkomponente zu beeinflussen. Elektromagnetische Kräfte erlauben es, durch die Wechselwirkung magnetischer Felder mit elektrischen Strömen das Schmelzbad berührungslos und flexibel zu formen. Als Ursachen für einen elektrischen Strom in der Schmelze kommen die Schmelzbadbewegung im magnetischen Feld, die thermoelektrische Potenzialdifferenz zwischen schmelzflüssigem Zusatz- und festem Substratwerk-stoff sowie eine externe Potenzialdifferenz in Betracht. Die Mechanismen werden hinsichtlich Einflussfaktoren, Wirkung, Prozessgrenzen und technologischer Nutzbarkeit untersucht und detailliert dargestellt. Unter industriellen Fertigungsbedingungen treten die drei Mechanismen immer überlagert auf, wobei die Wirkung infolge einer externen Potenzialdifferenz dominiert. Da die elektrische Leitfähigkeit bei metallischen Werkstoffen im Allgemeinen mit steigender Temperatur abnimmt, ist die Stromdichte in der Schmelze niedriger als im festen Grundwerkstoff. Hieraus resultieren für die technische Anwendung erhebliche Prozesseinschränkungen.Diese können nur überwunden werden, wenn es gelingt, eine ausreichende Stromdichte in der Schmelze zu realisieren. Diese Anforderung kann durch Ausnutzen des Skin-Effekts bei Einsatz hochfrequenter Magnetfelder grundsätzlich erfüllt werden, wobei magnetisch bedingte Instabilitäten nach einer außerordentlich komplexen Schmelzbadbeherrschung verlangen.Die erarbeiteten grundlegenden Prozesszusammenhänge belegen das weitreichende technische und ökonomische Potenzial einer elektromagnetischen Schmelzbadformung beim Laserstrahlauftragschweißen, das im Weiteren in die industrielle Anwendung zu überführen ist.



Dwars, Anja;
Neue korrosions- und verschleißbeständige FeCrNiMoC-Hartlegierungen für das Laserfeinbeschichten : Grundlagen und Anwendungen
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - VIII, 176 S.. - (Werkstofftechnologie ; 4) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 3-86130-992-0

Neue korrosions- und verschleißbeständige FeCrNiMoC-Hartlegierungen für das Laserfeinbeschichten - Grundlagen und Anwendung Die Arbeit beschreibt die Entwicklung neuer hochkorrosions- und verschleißfester Funktionsschichten, die ohne zusätzliche Pufferung direkt auf hochlegierte Edelstähle aufgebracht werden können. Hierbei ist zu gewährleisten, dass sich die mechanisch-technologischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials nicht verschlechtern. Gute Erfolgsaussichten bietet hier das Verfahren des Laserfeinbeschichtens, welches aufgrund des geringen Energieeintrages bei gleichzeitig hoher lokaler Energiedichte eine geringe thermische Belastung des Bauteils, endkonturnahe Schichten und eine sehr feinkörnige Mikrostruktur des Gefüges mit guten Eigenschaften ermöglicht.Einen Schwerpunkt der Arbeit stellen grundlegende Untersuchungen hinsichtlich des Erstarrungs- und Umwandlungsverhaltens der verwendeten FeCrNiMoC-Hartlegierungen dar. Die Untersuchungen umfassen sowohl das Erstarrungsverhalten im Ungleichgewichtszustand aufgrund unterschiedlich hoher Abkühlraten, als auch die Grenzflächen- und Gefügeausbildung der entstehenden Werkstoffverbunde. Insbesondere dem Ausscheidungsverhalten des zu entwickelnden Beschichtungssystems hinsichtlich der Bildung intermetallischer Phasen, wie der Sigmaphase, wird große Bedeutung beigemessen.In einem weiteren Arbeitspaket werden die technologischen Eigenschaften der erzeugten Funktionsschichten und der Werkstoffverbunde betrachtet. Relevant ist hierbei deren Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien. Neben der elektrochemischen Charakterisierung der Beschichtungssysteme sind Auslagerungsversuche in praxisrelevanten Medien durchzuführen. Die tribologische Charakterisierung erfolgt in Versuchseinrichtungen, welche die unterschiedlichen Tribosysteme des Gleitverschleißes durch punktuellen und flächigen Gleitkontakt unter Mediumschmierung sowie die des Strahlverschleißes unter hydrodynamischer Beanspruchung repräsentieren. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass es mit der geeigneten Wahl von Pulverzusammensetzung, Wärmeführung und Grundmaterial möglich ist, einen Werkstoffverbund mit Laserauftragschichten auf Basis der Legierungssystems FeCr>40Ni5Mo2C1,5 zu schaffen. Die entwickelten Funktionsschichten sind absolut rissfrei und halten sowohl den hohen tribologischen als auch den extremen Korrosionsbeanspruchungen der in Meerwasser- und Offshore-Anwendungen zum Einsatz kommenden, mediumgeschmierten Axial- und Radialgleitlagern stand



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Jahn, Simon
Entwicklung einer Fügetechnologie zum Herstellung von Mischverbindungen mit Titanwerkstoffen bei niedrigen Temperaturen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 412-414

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Jahn, Simon
Neuartige Möglichkeiten in der Löt- und Fügetechnik durch Ausnutzen von Größeneffekten. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 78-83

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Frank, Heiko; Ballaalouiu, A.; Abaza, Khaldoun
Entwicklung von lötgerechten Konstruktions- und Verfahrensstrategien/-empfehlungen zum Fügen von temperierbaren Werkzeugen mittels Hochtemperaturlötens. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 409-411

Dolles, Markus; Wilden, Johannes
Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlbeschichten. - In: Workshop Elektroprozesstechnik - Induktive Verfahren und Elektromagnetische Schmelzenbeeinflussung, (2007), 10, S. 1-8

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Beck, Werner
Fertigungstechnische Aspekte beim Diffusionsschweißen innenkonturierter Bauteile im industriellen Umfeld. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 59 (2007), 5, S. 253-259

In diesem Beitrag werden fertigungstechnische Aspekte beim Diffusionsschweißen entsprechender Bauteile im industriellen Umfeld vorgestellt. Um die gestellten Anforderungen hinsichtlich von Form- und Lagefehlern einzuhalten, sind Anpassungen in der gesamten Prozesskette vorzunehmen. Schon während der Konstruktionsphase ist auf eine diffusionsschweißgerechte Auslegung zu achten, die sinnigerweise mit einer FEM-Simulation überprüft werden sollte. So ist eine Integration von Ausgleichsflächen unumgänglich, wenn in den Fügezonen eine gleichmäßige Flächenpressung auftreten soll. Um die Dichtheit auch bei hohen Drücken in den Bauteilen zu gewährleisten, sind weiterhin fehlstellenfreie Schweißungen notwendig. Dazu wurden Untersuchungen zum Schweißstrategie ralisiert werden, damit das geforderte Schweißergebnis mit vollflächiger Verbindung ohne Deformation erreicht werden kann. Unterschiedliche Positionierkonzepte wurden ebenso utnersucht und bewertet, um die erzielbaren Genauigkeitsanforderungen zu qualifizieren.



Frank, Heiko;
Modellierung der Gefügeausbildung bei thermischen Spritzprozessen
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - 165 S.. - (Werkstofftechnologie ; 1) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 3-86130-919-X

Das thermische Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, das immer häufiger im Bereich des Verschleißschutzes, des Korrosionsschutzes sowie der thermischen oder elektrischen Isolation eingesetzt wird. Beim thermischen Spritzen wird der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulver oder Draht durch eine Wärmequelle aufgeschmolzen und in Richtung des zu beschichtenden Substrates beschleunigt. Die geschmolzenen Partikel treffen mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche auf, werden beim Aufprall deformiert und kühlen rasch ab. Durch Überlagerung vieler Teilchen bildet sich eine Schicht. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften dieser Schicht hängen dabei in starkem Maße vom Gefüge der Schicht, d.h. der Porenverteilung und -größe sowie der Größe, Form und Mikrostruktur aufgeprallter und erstarrter Teilchen ab und werden von der Prozessführung beeinflusst. Die gezielte Wahl und Steuerung der Prozessparameter bewirkt eine Veränderung der Aufheiz- und Abkühlbedingungen von Spritzpartikeln während des Spritzprozesses sowie der Schichtbildung und führt zur Ausbildung eines an die jeweilige Anwendung angepassten Gefüges. Die Modellierung der beim thermischen Spritzen ablaufenden Prozesse sowie der Gefügeausbildung erlaubt, eine Beziehung zwischen den Prozessparametern des Spritzprozesses, den Aufheiz- und Abkühlbedingungen und dem entstehenden Gefüge zu ermitteln. Durch eine gezielte Veränderung der Prozesskenngrößen im Modell kann ermittelt werden, welchen Einfluss diese Parameter auf die Gefügeausbildung ausüben. Im Zusammenhang mit einigen wenigen experimentellen Untersuchungen können dann die Schichteigenschaften durch Variation der Prozessparameter auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Um die Gefügeausbildung beim thermischen Spritzen zu modellieren, erfolgt zunächst eine theoretische Betrachtung der einzelnen Prozessschritte. Dabei wird der Einfluss der Prozesskenngrößen auf das Aufheizen und Beschleunigen der Partikel, die Ausbreitung der Partikel auf dem Substrat, die Überlagerung mehrerer Partikel sowie die Erstarrung und Abkühlung ermittelt. Die prozessabhängigen Gefügeänderungen werden bestimmt, indem der Zusammenhang zwischen Porenbildung, Keimbildung in den schmelzflüssigen Teilchen sowie die Ausbildung der Mikrostruktur in Abhängigkeit von den Prozessparametern beschrieben wird. Mit Hilfe des Modells ist es möglich, bei Veränderungen der Prozessparameter die Veränderung im Gefüge (Poren, Abkühlrate, Keime, Mikrostruktur) vorherzusagen. Experimentelle Untersuchungen dienen dazu, das entwickelte Modell zu verifizieren.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Schlichting, Sebastian; Dolles, Markus
Direct laser pyrolysis of nanostructured micro components. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2006), 1, Paper M1103, Seite 360-366

https://doi.org/10.2351/1.5060873
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Möller, Lars; Goecke, Sven-Frithjof
Set of a high power diode laser in order to enhance wettability conditions and process speed in a controlled short arc brazing process of zinc coated steels. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2006), 1, Paper #1708, Seite 337-345

https://doi.org/10.2351/1.5060788
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Dolles, Markus
Improving laser cladding process conditions by inducing skin effect through high frequency magnetic field. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2006), 1, Paper 1005, Seite 624-633

https://doi.org/10.2351/1.5060746
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Use of electromagnetic induced forces for active forming of coating geometry. - In: Peer reviewed conference proceedings, (2006), S. 271-276

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Reich, Sebastian; Goecke, Sven-F.
Flux free joining of zinc coated steel as well as steel/aluminum through laser and controlled short arc technology. - In: Peer reviewed conference proceedings, (2006), S. 180-185

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Aspects of thermal spray molding of micro components. - In: Building on 100 years of success, ISBN 978-0-87170-836-6, 2006, 146/1-146/4, insges. 4 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Muether, Robert; Goecke, Sven F.
Cladding with new short arc devices. - In: Building on 100 years of success, ISBN 978-0-87170-836-6, 2006, 181/1-181/5, insges. 5 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Der Laserstrahl als effizientes und flexibles Hilfsmittel zum Beschichten und Generieren. - In: Lasertechnik - neue Entwicklungen und Anwendungen, (2006), S. 143-152

Wilden, Johannes; Frank, Heiko; Bergmann, Jean Pierre
Modeling of thermal spray processes. - In: CD proceedings, (2006), insges. 12 S.

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Thermal spray molding of micro components. - In: CD proceedings, (2006), insges. 6 S.

Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes; Dolles, Markus; Guyenot, Michael
Working zinc-coated steels and making steel-aluminium alloy joins using high power lasers - brazing and braze welding. - In: Welding international, ISSN 1754-2138, Bd. 20 (2006), 1, S. 37-44

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Bergmann, Jean Pierre; Herold, S.
Influence of processing conditions on the mechanical properties of aluminium overlap joints: a case study. - In: Welding in the world, ISSN 1878-6669, Bd. 50 (2006), 11/12, S. 55-64

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Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Herz, S.
Properties of diffusion welded hybrid joints titanium/aluminum. - In: Brazing and soldering, (2006), S. 338-343

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Low temperature brazing of zinc coated steel and steel/aluminium joints by setting ZnAl-alloys as brazing material. - In: Brazing and soldering, (2006), S. 32-39

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Potenzial des Rührreibschweißens zum Fügen von Thermoplasten. - In: Polymere in Thüringen, (2006), S. 136-141

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean-Pierre; Jahn, Simon
Diffusionsschweißen von Replikationswerkzeugen. - In: Polymere in Thüringen, (2006), S. 130-135

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Bergmann, Jean Pierre
Strategien zur Erhöhung der Bauteilfunktionalität durch Diffusionsschweißen. - In: Festphase-Fügeverfahren, (2006), S. 165-178

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Neuartige Lösungswege zum Fügen durch Ausnutzung von Größeneffekten. - In: Festphase-Fügeverfahren, (2006), S. 1-11

Wilden, Johannes; Frank, Heiko; Frank, Heiko *1971-*; Bergmann, Jean Pierre;
Process and microstructure simulation in thermal spraying. - In: Surface and coatings technology, ISSN 1879-3347, Bd. 201 (2006), 5, S. 1962-1968

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Wilden, Johannes;
Virtuelles Werkstoff- und Prozessdesign in funktionalen Schichten. - In: Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, (2006), S. 273-283

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Reich, Sebastian; Veron, Santiago Fernandez; Möller, Lars; Goecke, Sven-F.
Methoden und Strategien zum flussmittelfreien Fügen von Mischverbindungen durch Kombination der geregelten Lichtbogentechnik und der Lasertechnik. - In: Schweißen und Schneiden 2006, (2006), S. 120-125

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Schmalz, Andreas; Luhn, Thomas
Einfluss der Werkzeugform auf die Schweißnahtgüte beim Rührreibschweißen des Werkstoffes AlMg3. - In: Härterei-technische Mitteilungen, Bd. 61 (2006), 5, S. 272-277

https://doi.org/10.3139/105.100390
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Sagrauske, Marc; Knapp, S.
Technology for the production of parts with integrated micro channels. - In: Molded interconnect devices, ISBN 978-3-87525-245-3, (2006), S. 269-276

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko
Plasma transferred arc welding - modeling and experimental optimization. - In: Journal of thermal spray technology, ISSN 1544-1016, Bd. 15 (2006), 4, S. 779-784

http://www.dx.doi.org/10.1361/105996306X146767
Müller, Andreas K.;
Werkzeug- und Prozesstechnik zur Abformung von Nanostrukturen auf Kunststoffsubstraten im Spritzgießverfahren. - Ilmenau : ISLE, 2006. - XII, 118 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 3938843209 = 978-3-938843-20-8

Die aus der Natur als Mottenaugeneffekt bekannte nanoskalige Oberflächenstrukturierung ermöglicht eine effektive Entspiegelungswirkung auf optischen Oberflächen. Ist eine Abformung dieser Strukturen im Spritzgießverfahren möglich, können Formteile mit einer wirksamen Entspiegelung in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, die gegenüber den derzeit etablierten Entspiegelungsverfahren eine kostengünstige Alternative darstellen. Die zur Abformung eingesetzte nanostrukturierte Kavitätsoberfläche entsteht durch Abscheiden einer TiAlN-Schicht auf Werkzeugstahl und weist eine mittlere Strukturperiode von 280 nm und eine Höhe von 75 bis 100 nm auf. Theoretische Rechnungen haben gezeigt, dass für eine detailgetreue Abformung der Nanostrukturen eine Werkzeugwandtemperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur des Polymers notwendig ist. Daraus resultiert der Zwang zur Verwendung einer variothermen (zyklischen) Werkzeugtemperierung, die allerdings gegenüber dem konventionellen Spritzgießen deutlich längere Zykluszeiten aufweist. Daher wurden fünf unterschiedliche variotherme Temperierverfahren hinsichtlich der Dynamik betrachtet und bewertet. Die im Folgenden eingesetzte keramische Widerstandsheizung zeigte für diese Anwendung die höchste Dynamik beim Temperaturwechsel und die kürzesten Zykluszeiten. Bei den Abformversuchen wurden ebene Platten mit einer Dicke von 1 mm und 4 mm aus Polycarbonat Makrolon DP 11265 hergestellt. Beide Oberflächen weisen Entspiegelungsstrukturen auf. Eine Aussage über den Abformgrad kann mittels AFM-Messungen und Beurteilung des quadratischen Mittenrauwerts und durch Messung der visuellen Reflexion mit einem Gitterspektrometer gemacht werden. Die Versuche haben bestätigt, dass eine hohe Werkzeugwandtemperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur des Polymers der wichtigste Parameter bei der Abformung ist. Unabhängig von der Formteildicke konnten mit optimierten Prozessparametern entspiegelte Platten mit einem Reflexionsgrad von 1,1 % hergestellt werden. Dies entspricht einem Abformgrad der nanostrukturierten Kavitätsoberfläche von nahezu 100 %. Die Abformqualität bei niedriger Werkzeugwandtemperatur ist nicht zufriedenstellend und kann nur zu einem gewissen Grad über einen höheren spezifischen Nachdruck oder eine höhere Massetemperatur verbessert werden. Das verwendete Temperierkonzept weist ein großes Potenzial zur wirtschaftlichen und dynamischen variothermen Werkzeugtemperierung auf. Die zur Formnestheizung eingesetzte Keramik muss jedoch für auf eine industrielle Anwendung des Temperierverfahrens hinsichtlich der Bruchfestigkeit, Materialhomogenität und Chargenkonstanz weiter verbessert werden.



Wielage, Bernhard; Wank, Andreas; Wank, Andreas *1972-*; Wilden, Johannes;
Production of composites or bonding of material by thermal coating processes. - In: Metal matrix composites, (2006), S. 111-146

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Untersuchung der metallurgischen Grundlagen zum Pulver-Plasmaverbindungsschweißen dünner Aluminiumbleche. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 58 (2006), 5, S. 225-228

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Mechanical properties and processing of low-temperature diffusion-welded hybrid joints. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 8 (2006), 3, S. 212-218

https://doi.org/10.1002/adem.200600006
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Sagrauske, Marc
Technologie zum Herstellen von Werkzeugen zum Mikrospritzgießen durch Diffusionsschweißen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 58 (2006), 4, S. 189-195, insges. 5 S.

Vorgestellt wird die Eintwicklung einer Fügetechnologie zur präzisen Herstellung von Werkzeugen mit getrennten Heiz- und Kühlkanälen zum Mikrospritzgießen. Unter Verwendung des Laserstrahlschneidens und des Diffusionsschweißens gelang die nahezu verformungsfreie Fertigung der Mikrospritzgussformen. Die entwickelte Technologie wurde bereits in der Praxis umgesetzt. Potenzial besteht auch für weitere Anwendungen, etwa für chemische und biochemische Industrie.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Reich, Sebastian
An innovative joining strategy in order to join zinc coated steels with minimized damaging of the coating. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2005), 1, Paper P550, Seite 1056-1060

https://doi.org/10.2351/1.5060603
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Riporti superficiali laser: aumento di efficienza e flessibilitá tramite processi ibridi. - In: Rivista italiana della saldatura, ISSN 0035-6794, Bd. 57 (2005), 6, S. 809-816

Wilden, Johannes; Dolles, Markus
Beschichten mit dem Laserstrahl. - In: Fachtagung Verschleiß- und Verschleißschutz von Schnecken und Zylindern für Extruder und Spritzgießmaschinen, 2005, S. M0-M26

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko
Modeling the PTA deposition welding process in constrain positions. - In: Proceedings of the 2005 Business and Industry Symposium, BIS '05 ; [at] Spring Simulation Multiconference, San Diego, California, USA, April 3 - 7, 2005, (2005), S. 19-24

Plasma Transferred Arc (PTA) process represents an efficient technology for improving surface properties of mechanical parts. Plasma transferred arc welded coatings show an excellent metallurgical bonding to the substrate with a low dilution of about 5%. However for mechanized applications of PTA on 3D components, only few experimental as well theoretical investigations are present in literature. The effect of gravitation force influences in this case the coating quality and the process reliability. Theoretical investigation allow a better understanding of the PTA welding process and enable to determine the influence of the process parameters and to successfully develop coating strategies for processing in different working positions. In this paper the theoretical background for PTA deposition welding in different working conditions are given. Modeling the PTA welding process occurs with consideration of different process parameters (plasma power, gun position, injection conditions, substrate properties). In simulation studies, the influence of these parameters on the resulting heat input, temperature field and coating properties are shown. The simulation results allow the definition of guidelines to adjust process parameters for a reduced heat input and a smooth coating structure in PTA welding.



Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes; Dolles, Markus; Guyenot, Michael
Lavorazione di acciai zincati e di giunti misti acciaio-alluminio tramite laser di alta potenza : la brasatura e la saldobrasatura. - In: Rivista italiana della saldatura, ISSN 0035-6794, Bd. 57 (2005), 1, S. 81-89

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Niedrigtemperaturfügen durch Diffusionsschweißen. - In: Fügen mit minimaler Grundwerkstoffbeeinflussung, (2005), S. 10-17

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Effect of superposed electro-magnetic fields on the surface treatment of metallic materials. - In: Lasers in manufacturing 2005, (2005), S. 317-322

In the last years laser beam cladding was recognised as a high quality coating process, but the process efficiency is very low and the running costs are high. The flexibility and the effectiveness of laser cladding can be widely increased through free forming (shaping) of the coating. The geometric shape of the coating seam is mainly defined by gravity and surface tension of the melt. An additional force, as for example Lorentz forces, can optimize the geometry in order to improve the process. Wide coatings allow for example a low number of overlapping layers when coating large areas. Slim coatings on the contrary are advantageous when generating 3-dimensional structures. - The presented investigations clarify the physical background and the possibility to apply them for technical coatings. Besides the interaction of the magnetic forces and the geometric shape of the coating, the technological properties of the claddings are reported. The application of an external force made it possible to increase the efficiency of the laser cladding process and to gain more interest of the industry.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko; Dolles, Markus
Entwicklung neuer Anwendungen und Prozesse zum Auftragschweißen mittels Simulation. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2005), S. 267-275

Wilden, Johannes; Wank, Andreas; Wank, Andreas *1972-*; Bykava, Alena
DC thermal plasma CVD synthesis of coatings from liquid single source SiBCN and SiCNTi precursors. - In: Surface and coatings technology, ISSN 1879-3347, Bd. 200 (2005), 1/4, S. 612-615

DC plasma jet CVD is applied to synthesize coatings from liquid state single source precursors on metallic substrates. For SiBCN coating synthesis hexamethylcyclotrisilazanoboranes with Si/B ratio 3:1, 3:2 and 3:3 are used. SiCNTi coatings are produced with tris(dimethylamino)- and tris(diethylamino)hexamethylcyclotrisilazanotitanium. Attempts to deposit SiCNZr coatings by use of tris(diethylamino)hexamethylcyclotrisilazanozironium are not successful due to too high precursor viscosity. Vacuum plasma sprayed nickel, molybdenum and copper interlayers prove to permit effective suppression of nitride and boride reaction zone formation, which is observed during direct SiBCN coating deposition on mild steel substrates. By use of adapted process parameters coatings with columnar or dense morphology and amorphous or nanocrystalline structure can be synthesized. Deposition rates exceeding 2000 my m/h are achieved. By relative movement between DC plasma torch and substrate surface the coated area is enlarged. Simultaneous improvement of coating density and homogeneity is observed.



https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.01.027
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Trommer, M.
Full mechanised cladding of 3-dimensional components in constraint position with the PPAW-process. - In: Conference proceedings, (2005), S. 896-901

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Emmel, Andreas
Short-pulse laser post processing of PTA and thermal sprayed wear and corrosion resistant coatings. - In: Conference proceedings, (2005), S. 332-336

Wilden, Johannes; Schwenk, Alexander; Bergmann, Jean Pierre; Zimmermann, Stefan; Landes, Klaus
Supersonic nozzles for the wire arc spraying. - In: Conference proceedings, (2005), S. 1068-1073

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Aicher, M.; Dolles, Markus
Suitability of high power diode laser for plasma-augmented-laser-cladding (PALC). - In: Conference proceedings, (2005), S. 1279-1284

Laser cladding offers several advantages as low dilution, low thermal influence and distortion of the components and a fine microstructure due to the high cooling rate. Nevertheless the set of laser cladding in the industrial production is nowadays limited to few applications, as the efficiency of laser sources is still too low and the running costs are too high. The absorption behaviour of metal surfaces, as for example steel, towards diode laser (up to approx. 42%) is very high compared to Nd:YAG (approx. 35%) and CO2-Laser sources (approx. 11%), so that some benefits can be expected. One of the disadvantages of diode laser was the low intensity and the difficulty to couple it in a fibre. The development of the last years reached to overcome these boundaries. High power diode lasers are nowadays available till 6 kW and can be coupled in fibres, allowing an easier processing. Investigations regarding laser alloying with high power diode laser confirm the appreciable reliability of this laser class. In order to improve efficiency of laser surface processing the hybrid process plasma-augmented-laser-cladding (PALC) with an Nd:YAG laser source was presented and confirmed that due to the pre-heating of the powder through the plasma transferred arc and the activation of the metallic surface a higher processing velocity (factor three) and efficiency could be reached by summing only one third of the energy with a PTA-equipment. Further more when processing with higher velocity the energy loss due to conductivity decreases so that a further positive increase of efficiency can be depicted. The suitability of fibre coupled high power diode laser for PALC hasn’t yet been investigated, even if the set of this laser type would be very advantageous. - In this paper investigations regarding the process design and the necessary set up of the hybrid PALC-process with a 3 kW fibre coupled high power diode laser and wire coating metal are reported.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Zimmermann, Stefan
Influence of the voltage modulation frequency on voltage trace and coatings properties. - In: Conference proceedings, (2005), S. 393-398

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Effective laser-cladding through the application of magnetic induced forces. - In: Conference proceedings, (2005), S. 1264-1269

In the last years laser beam cladding was recognised as a high quality coating process. Low thermal influence, high cooling rates, metallic bonding, minimal surface roughness are only some of the positive aspects. On the other hand the process efficiency is very low and the running costs in comparison with PTA or Thermal Spraying are high. Attempts to improve the productivity, aim to enhance the efficiency of the beam source itself or to optimize the energy management. This is for example possible through a higher coating speed or through hybrid setups, which allow the use of an additional preheat source (e. g. plasma-assisted laser cladding). Regarding flexibility, defined as the capability of a process to answer in a short time to application requests, the effectiveness of laser cladding can be widely increased through free forming (shaping) of coatings without additional clamping devices. The geometric shape of the coating seam is mainly defined by gravity and surface tension of the melt. An additional force, as for example Lorentz force, can optimize the geometry and improve the process conditions. Wide seams allow for example a low number of overlapping layers when coating large areas and rise the specific area deposition rate. Slim coatings on the contrary are advantageous when generating 3&Ohaak;dimensional structures. The induced force depends from the applied magnetic field and the flow of an electric current. The presented investigations clarify the physical background, the interaction of the magnetic force and the geometric shape of the coating and the possibility to apply them for technical coatings. The application of an external force made it possible to increase the efficiency of the laser cladding process and to gain more interest of the industry.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Mechanised plasma-powder-arc-welding (PPAW) of aluminium sheets. - In: Sheet metal 2005, (2005), S. 225-232

The use of aluminium alloys rose in the last decade, as its specific mechanical properties allow a reduction of mass as for example in automotive. Moreover aluminium, due to its high corrosion resistance, is a very important material class in plant construction, where it is used for pipes or container till 250 C. Aluminium can be welded with different technologies. Nowadays TIG and MIG are mainly used for example in plant construction or in mechanical engineering. Laser beam welding is a widely established technology in automotive. The advantage is the high energy concentration, which leads to a high welding speed and a narrow heat affected zone. Plasma welding is applied when joining aluminium with alternating current, as an easy removal of the oxide layer in the surface of the weld pool is possible. Plasma-Powder-Arc-Welding (PPAW) method has been developed from Plasma Transferred Arc (PTA) weld surfacing and Plasma Arc Welding (PAW) methods by combining a small PAW torch (PAW is traditionally performed with wire as filler material) with powder filler material feeding as used in PTA-equipment. The coupling leads to a better mechanisation of the welding process as the consumable is fed directly through the welding torch. In this paper investigations on aluminium sheets (< 2 mm) AA5xxx and AA6xxx using different powder materials are reported. The influence of the processing parameters and conditions on the process reliability, when welding with industrial robots butt and corner welds is investigated. Conventional PPAW of aluminium is performed with AlSi12 filler material. A post processing of the joint, as for example anodising in order to improve corrosion resistance, leads to a very different optical aspect, as the colouration of the weld seam after anodising differs from the base material. Thanks to a correct choice of filler material it is possible to reduce the colour differences between base materials/heat affected zone and bead, so that the weldment can be set for high quality optical applications, too.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus; Reich, Sebastian
Use of zinc-alloys for low temperature soldering of zinc coated steels. - In: Sheet metal 2005, (2005), S. 127-134

Due to the boiling temperature of zinc (907 deg C), which is lower than the steel melting point, the welding of zinc coated steel sheets presents many difficulties. As a result of the violent evaporation of zinc, pores in the weld seam are present after solidification and the zinc coating near the weld is damaged. ZnAl-alloys are characterized through low melting temperature, which are comparable to the melting point of zinc, so that the damaging of the zinc coating can be reduced. Investigations carried out with ZnAl-materials for joining zinc coated steel sheets as DC04ZE75/75 and DX56Z are reported. The process reliability of laser soldering with ZnAl-alloys and a Nd:YAG as well as a diode laser is reported. The low surface tension leads to a wide bearing section. The edge welds were evaluated through tensile tests. Soldering with ZnAl-wires reduces the damaging of zinc coatings. Due to the low melting point of these alloys, which is lower than the boiling point of pure zinc, it is possible to process zinc coated steels. The best results were achieved for Nd:YAG-laser with a power of about 1500 W to 1800 W and a ratio of wire-/process-velocity of 2:1 to 1:1. For the use of diode lasers the results are similar, but a higher laser power and a smaller ratio of wire-/process velocity are needed. The optimization of the process parameters, especially a higher ratio of wire-/process velocity, allowed a better filling of the soldering gap. If the ratio is too high the soldering material is only partly molten and results in an incomplete bonding.The damage of the zinc layer was reduced to a very small region of about 100 micrometer or was avoided completely. The high capillary pressure and the low viscosity of the zinc melt leads to an extreme wide bonding area, which can reach values up to 4 mm. The transition from the soldering material to the steel sheet is very uniform, thus the notch effect is reduced.



Bergmann, Jean Pierre;
Mechanical behaviour of overlap joints of titanium. - In: Science and technology of welding and joining, ISSN 1743-2936, Bd. 10 (2005), 1, S. 50-60

https://doi.org/10.1179/174329305X24334
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Luhn, Thomas;
Herstellung metallischer Mikrobauteile durch Mikrozerspanung und Thermal Spray Moulding. - In: Mikro-System-Technik Chemnitz '05, (2005), S. 84-87

Wielage, Bernhard; Wank, Andreas; Wilden, Johannes
Design of thermal spray processes. - In: Handbook of metallurgical process and design, (2004), S. 833-856

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon; Sagrauske, Marc
Entwicklung und Bewertung eines diffusionsgeschweißten Werkzeuges für den Mikrospritzguss. - In: Tagungsband, (2004), S. 271-278

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Pinzl, Sven; Schreiber, Frank
Vollmechanisiertes PTA-Auftragschweißen in Zwangslage an Bauteilen komplexer Geometrie. - In: Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, (2004), S. 26-32

Das PTA-Schweißen zeichnet sich durch die geringe Wärmeeinbringung, die geringe Aufmischung und hohe Schichtqualität aus. Hierfür begründet sich sein zunehmender Einsatz an Bauteilen, die bisher mittels Flammpulverauftragscheißen beschichtet wurden. Ein hohes Kosteneinsparungspotential kann erschlossen werden, wenn es gelingt, den PTA-Prozess für Kleinserien automatisiert auch in Zwangslage durchzuführen. In diesem Beitrag werden Automatisierungs- und Prozessführungsstrategien für 3-D Konturen in Zwangslage dargestellt. Die Beschichtungsqualität wird auf der Basis von Feldversuchen mit konventionell geschweißten Bauteilen verglichen.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko; Pinzl, Sven
Influence of process parameters on the plasma powder cladding in constraint position. - In: Proceedings, (2004), S. 435-444

Wilden, Johannes; Jahn, Simon; Bergmann, Jean Pierre
Influence of the current generator characteristic on the quality and properties of arc sprayed coatings. - In: Proceedings, (2004), S. 277-286

Due to the low running costs, high spray rates and efficiency wire arc spraying has gained nowadays great attention, especially as a tool for coating large areas with high deposition rates. The main applications are for corrosion and wear protection of large structures, such as coating with zinc for anodic protection or with high alloyed chromium steel for longer surface service time. Innovative applications with high quality tailored materials are possible with cored wires. Disadvantages of the arc spraying process are on the one hand that only electrically conductive materials can be processed and on the other hand that the particle velocity is low compared to other thermal spray processes such as HVOF or APS. - Innovative and flexible power supply systems were developed for arc welding technologies in the last decade. Today power supply devices with new features for arc wire spraying technologies are present at the market, too. The coating properties such as the particle size and morphology can be optimized by changing the current generator characteristic and modulating the energy input for example by pulsing up to 500 Hz. As a consequence of the power modulation and of further process tailoring possibilities, the oxidation of particles can be reduced by a lower heat input based on lower spray voltage. Investigations in order to influence the droplet behavior and the coating microstructure using dynamic generators were performed for zinc, copper, aluminum and steel and are reported in this paper. Besides an enhancement of the layer's microstructure a higher process stability and reliability were achieved.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
&Lstrok;¸aczenie stali ocynkowanej - stan aktualny i perspektywy. - In: Przegl&onced;ad spawalnictwa, ISSN 0033-2364, Bd. 56 (2004), 8/9, S. 76-80

Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes
Technologiczne aspekty niskotemperaturowego zgrzewania dyfuzyjnego poł&onced;aczeân jedno- i ró&aleph;znoimiennych. - In: Przegl&onced;ad spawalnictwa, ISSN 0033-2364, Bd. 56 (2004), 8/9, S. 72-75

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Nutzung magnetischer Felder beim Laserstrahlbeschichten - Prozesscharakterisierung und Anwendungspotential. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2004), S. 159-164

Das Laserstrahlauftragschweißen ist ein vielversprechende Beschichtungsverfahren, welches sich durch exzellente Schichtqualität auszeichnet, aber den Weg in die industrielle Anwendung aufgrund seiner geringen Prozesseffizienz noch nicht gefunden hat. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten aufgezeigt, durch den Einsatz elektromagnetischer Felder die Qualität und Effizienz des Beschichtungsprozesses zu erhöhen und dadurch das Laserstrahlbeschichten nicht nur für Spezialanwendungen sondern auch für den industriellen Einsatz wirtschaftlich interessant zu gestalten. Im vorliegendem Beitrag wird ein Ansatz und deren technische Realisierung zur Verbesserung der Prozessflexibilität und Schichtgestaltung vorgestellt. Die Grundlage bilden dabei die auf das Schmelzbad einwirkenden Lorentzkräfte, die durch ein äußeres Magnetfeld und in der Schmelze fließende Ströme, hervorgerufen werden. Die physikalischen Grundlagen werden dabei an Umschmelz- und Beschichtungsversuchen mit reinen Metallen erarbeitet. Bei technischen Beschichtungssystemen konnte dabei eine signifikante Veränderung der Nahtgeometrie erreicht werden, die je nach Kraftwirkung eine flache Nahtform (flächiges Beschichten) oder eine hohe schmale Nahtgeometrie (Generieren) hervorruft und dadurch die Einsatzmöglichkeiten des jeweiligen Prozesses durch eine hohe Flexibilität erweitert. Darüber hinaus kommt es aufgrund der dämpfenden Wirkung des Magnetfeldes zu einer Verbesserung der Oberflächenqualität, wodurch sich der Nachbearbeitungsaufwand deutlich reduziert. Die erreichten Ergebnisse eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Laserstrahlbeschichtens und -generierens und führen zusätzlich zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit des Prozesses.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Manufacturing of titanium/aluminium and titanium/steel joints by means of diffusion welding. - In: Welding and cutting, ISSN 1612-3433, Bd. 3 (2004), 5, S. 285-290

This article presents investigations on diffusion welds for the joining of titanium materials (Ti2 and Ti6Al4V), on the one hand, with aluminium alloys (AA5056, AA5754 and AA6016) and, on the other hand, with steel (X4CrNi18-10, material number: 1.4301). The achieved mechanical-technological properties proved that diffusion welding is suitable for the manufacture of crack-free joints. In order to optimise lightweight structures as far as cost and strength aspects are concerned, mixed constructions are of increasing interest since the properties of various materials can be exploited optimally with these. Diffusion welding offers the unique possibility of manufacturing a joint without causing the formation of a common molten mass between the materials. For this reason, the formation of intermetallic phases from the molten mass can be suppressed in mixed joints. Diffusion welding can be used in order to manufacture mixed joints between titanium and aluminium at low temperatures below 520 deg C without any intermediate layers or cracks. The formation and properties of the diffusion border are extremely dependent on the alloying elements in the base materials. The dimensions of the diffusion zone of a joint containing silicon, as in the case of AA6016, are very limited so that the growth of the diffusion layer can be controlled in a reliable process. In contrast, a diffusion zone which exhibits low ductility and leads to shrinkage cracks during the cooling process because of the different coefficients of expansion is already formed within a short time with the AlMg alloys. Fundamental mechanical-technological investigations on peeling joints demonstrated that strength values up to 55 MPa can be achieved. It was possible to establish the negative effect of a distinct diffusion zone in the case of the Ti2/AA5754 combination. Further investigations with short joining times are necessary at this point. Diffusion welding permits a similar procedure for the joining of titanium with steel materials.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Fügen von Mischverbindungen aus Titan- und Aluminiumwerkstoffen bei niedriger Temperatur durch Diffusionsschweißen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2004), S. 312-316

Die dargestellten Untersuchungen belegen, dass durch das Diffusionsschweißen zwischenschichtfreie Mischverbindungen Ti-Al bei niedrigen Temperaturen unterhalb 520 Grad C rissfrei hergestellt werden können. Die Bildung sowie die Eigenschaften des Diffusionssaumes hängen stark von den Begleitelementen in den Grundwerkstoffen ab. Die Abmessungen der Diffusionszone einer siliziumhaltigen Verbindung, wie im Fall von AA6016, sind sehr begrenzt, so dass das Wachstum prozesssicher kontrolliert werden kann. Bei AlMg-Legierungen ingegen bildet sich bereits in kurzer Zeit eine Diffusionszone geringer Duktilität, die beim Abkühlen zu Schrumpfungsrissen auf Grund des unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten führt. Grundlegende mechanisch-technologische Utnersuchungen an Schälverbindungen weisen nach, dass Festigkeitswerte bis zu 55 MPa erreicht werden können. Die negative Auswirkung einer ausgeprägten Diffusionszone konnte im Fall der Kombination Ti2-AA5754 festgestellt werden, so dass an dieser Stelle weitere Untersuchungen bei niedrigen Zeiten notwendig sind.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Niedrigtemperatur-Laserstrahllöten von verzinkten Stählen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2004), S. 217-222

Beim Laserstrahlschweißen verzinkter Bleche ergibt sich, ebenso wie beim Schutzgasschweißen, generell die Problematik der Zinkverdampfung. Zum Aufschmelzen des Stahlblechs sind Temperaturen von ca. 1500 [Grad]C nötig. Der Siedepunkt von Zink liegt allerdings bei 907 [Grad]C und wird damit beim Erreichen der Schmelztemperatur von Stahl weit überschritten. Ohne besondere Maßnahmen kommt es durch das zum Teil eruptionsartige Verdampfen der Zinkschicht zur Störung des Schweißprozesses und zur Bildung von Spritzern und Poren. Das Löten bietet sich an, um Verbindungen bei niedrigen Temperaturen herzustellen. Die bis jetzt eingesetzten Lotwerkstoffe basieren auf CuSi-Legierungen deren Liquidustemperatur über 900 [Grad]C liegt. Dabei kommt es in Abhängigkeit von der Wärmeführung zur partiellen Verletzung der Zinkschicht und zur Bildung von Poren in der Fügezone, die die Gebrauchseigenschaften der Verbindung beeinträchtigen. Eine Verbesserung kann durch Anwendung niedrigschmelzender Lotwerkstoffe erreicht werden. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von Grundlagenuntersuchungen zum Laserstrahllöten von verzinkten Stählen mit ZnAl-Lotwerkstoffen dargestellt. Diese Werkstoffe weisen eine Schmelztemperatur im Bereich von 400-500 [Grad]C. Aus den Untersuchungen mit einem Nd:YAG Laser werden Angaben zur Prozesssicherheit und zur Eignung derartiger Lote zum Fügen von verzinkten Stahlwerkstoffen abgeleitet.



Wilden, Johannes; Frank, Heiko; Theiler, C.; Seefeld, Thomas; Sepold, G.
Simulation of laser cladding. - In: 2nd International Conference on Thermal Process Modelling and Computer Simulation, Bd. 120 (2004), S. 397-403

Nickel and titanium aluminides already show a high potential for use in lightweight applications at elevated temperatures; however, the strength of these intermetallics can be increased by directional solidification. These materials show a brittle behaviour at temperatures less than 600&ayn;C. Strength and ductility of aluminides are controlled by phase formation during solidification. The problem of crack formation had to be solved for laser rapid prototyping of intermetallics, and the process conditions for formation of directionally solidified structures have to be specified in order to generate directionally solidified TiAl parts properly. A model was developed to determine the influence of the process parameters on melt pool geometry, solidification time, and the formed structure. Temperature gradients and cooling rates were calculated using a simulation that also included feedstock material injection rate and process parameters. The experimental results were analysed using these simulations, and the process parameters were optimised so that crack-free laser-generated TiAl parts exhibiting a partially directionally solidified structure could be produced. The comparison of the simulated and experimental results led to process guidelines for laser generation of directionally solidified TiAl components.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Herstellen von Titan-Aluminium- und Titan-Stahl-Verbindungen durch Diffusionsschweißen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 56 (2004), 5, S. 199-207, insges. 7 S.

Bergmann, Jean Pierre;
Laserstrahlschweißen von Titanwerkstoffen unter Berücksichtigung des Einflusses des Sauerstoffes. - In: Materials science and engineering technology, ISSN 1521-4052, Bd. 35 (2004), 9, S. 543-556

Im Rahmen dieses Aufsatzes wird erstmalig ein innovatives Konzept zum Laserstrahlschweißen von Titan für die Serienfertigung dargestellt und validiert. Durch den neuartigen Einsatz eines 6-lagigen Metallgewebes ist es möglich, die Strömung vom Schutzgas so stark zu beruhigen, dass die beim Schweißen schädlichen Verwirbelungen vermieden werden können. Der Einbau eines derartigen Gewebes als Boden einer offenen Schweißkammer ermöglicht sowohl das mechanisierte als auch das vollautomatisierte Schweißen von hochreaktiven Werkstoffen, wie zum Beispiel Titanwerkstoffen, unter atmosphärischen Druckbedingungen und unter inerter Abdeckung. Damit wird der für eine industrielle Fertigung, insbesondere für Industrieroboter, notwendige Freiheits- und Zugänglichkeitsgrad zur Fügestelle im Vergleich zu konventionellen geschlossenen WIG-Schweißhauben gewährleistet. Von weitgehender Bedeutung für die Schweißtechnik von Titanwerkstoffen ist es, dass auch die Bereiche, die in der Praxis mittels einer Nachschleppdüse vom Schutzgas nicht erreichbar wären, wie z. B. die Überlappgebiete bei der Überlappnaht, erfolgreich durch das Prinzip der wirbelfreien Schweißkammer geschützt werden können. Mit Hilfe dieser neuartigen Vorgehensweise und eines modernen Fügeverfahrens, wie dem Nd:YAG-Laserschweißen, konnten erstmalig systematische Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss von Sauerstoff in der Schweißumgebung auf die Mikrostruktur und auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften einer Modellschweißverbindung durchgeführt werden. Durch die Validierung des gesamten Systems konnte bewiesen werden, dass im Vergleich zum konventionellen WIG-Verfahren geringere Anforderungen an die Reinheit des Schutzgases, um Anlauffarben und unzulässige Aufhärtungen zu vermeiden, gerichtet werden können. Für das Laserstrahlschweißen kann ein maximaler Restsauerstoffgehalt von 1000 ppm in der Schweißumgebung unbedenklich toleriert werden. Für das WIG-Schweißen gilt dagegen ein Höchstwert von etwa 30 ppm. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass die Qualitätsmerkmale der derzeitigen Regelwerke für das WIG-Schweißen für die Luft- und Raumfahrttechnik auf das Verfahren Laserstrahlschweißen mit Nd:YAG-Quellen übertragen werden können.



http://dx.doi.org/10.1002/mawe.200400776
Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
New perspectives to improve properties of laser cladded coatings applying external magnetic fields. - In: Laser assisted net shape engineering 4, (2004), S. 819-830

Laser beam cladding is characterised by several positive aspects, as for example low dilution of the base material, minimized heat input into the substrate and the possibility of a very local treatment. Laser cladding has established itself in practice only in some applications as for example in gas turbine blades or repair of dies and inserts. Negative aspects of laser cladding are nowadays the low process efficiency and the high processing costs. The development of high power laser sources in the last decade improved the process reliability and flexibility. The use of diode lasers for example allows to enhance the efficiency of the laser process as absorption is higher and the coated area is larger. A further possibility to improve process characteristics is offered by the use of hybrid coating processes, which optimise the energy efficiency, as for example plasma assisted laser cladding. A more effective technique to improve laser cladding is the generation of an additional force on the melting pool through an external superposed magnetic field. Depending on the magnetic field strength and on the resulting force the geometry and the microstructure of the layer can be influenced positively. In the first part of the paper investigations on AISI 304 steel is carried out, in order to observe the main influences. In the second part the applications on commercially pure metals as copper/substrate and nickel/coating systems are reported. Compared to other conventional coating processes the use of an adjustable magnetic field and the electric current is an easy tool to vary the geometry of the seam and to enhance coating properties, such as for example surface roughness.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Laser reactive surface alloying of aluminium. - In: Laser assisted net shape engineering 4, (2004), S. 897-903

Reactive laser surface alloying, which is characterized through a simultaneous exothermic reaction (selfpropagating high-temperature synthesis, SHS) are used to produce for example high power composite materials. The ratio of reactants for the generation of Al2O3-TiC-Al-composite has a great influence on the properties of the material. The aluminothermic reaction of TiO2 and Al is used for the production of titanium. The main parameters are the reaction temperature, the ratio of Al/TiO2 and the rate of CaO in the slag. The resulting intermetallic compound shows a good ductility and a high hardness. The direct reactive laser alloying of titanium with titanium oxide wasn't investigated so far, even if it offers many advantages for high abrasive wear resistant coatings. The TiAl matrix guarantees a high strength, while fine dispersed Al2O3 offer wear resistance.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Trommer, M.
Einflussgrößen beim vollmechanisierten Plasma-Pulver-Auftragsschweißen in Zwangslagen. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2004), S. 214-219

Der industrielle Einsatz des Plasma-Pulver-Auftragschweißens mit übertragenem Lichtbogen hat im letzten Jahrzehnt stark zugenommen. Die Möglichkeit eine breite Palette an Auftragswerkstoffen in Pulverform bei hohen Auftragsleistungen, geringer Wärmeeinbringung und geringer Durchmischung aufzutragen zeichnet dieses Verfahren aus. Die Prozessführung des PTA- Auftragschweißens in Wannenlage ist weitestgehend untersucht. Für den industriellen Einsatz besteht jedoch weiterhin großes Interesse den Anwendungsbereich auf Zwangslagen, steigend oder fallend schweißen, auszuweiten, um z. B. bei Reparaturen Standzeiten durch Ausbau und Instandsetzung der verschleißbeanspruchten Bauteile zu verringern. Im Rahmen dieses Beitrages wird das Auftragschweißen von verschleißbeanspruchten Funktionsflächen in Zwangslagen behandelt. In Auftragspositionen, die der Wannenlage abweichen, kommt der Schwerkraft einer besonderen Bedeutung zu, da diese zum Herabfließen der Schmelze und zur Bildung von Tropfen führt. Die Bearbeitungsstrategie ist so auszuwählen, dass die Prozessgeschwindigkeit höher als die Erstarrungsgeschwindigkeit ist. In den dargestellten experimentellen Untersuchungen werden Strategien zum erfolgreichen Bearbeiten von Auftragschichten in Zwangslagen aus Ni-Basis und Co- Basis Pulvern aufgezeigt. Neben den Prozessparametern Plasmastromstärke und Auftraggeschwindigkeit wird ein besonderes Augenmerk auf die Auswirkung des Vorwärmens des Substrates und der Substratdicke gelegt.



Bergmann, Jean Pierre; Wilden, Johannes
Werkstofftechnische Aspekte bei der Auswahl von Laserquellen für die Fügetechnik. - In: Stand und Perspektiven in der Lasermaterialbearbeitung, (2004), S. 139-148

Die Entwicklung von Hochleistungsdiodenlasern bis hin zu 6 kW und von Nd:YAG Lasern höherer Leistung hat in den letzten Jahren, mit dem Ziel schnellere Prozesse zu ermöglichen, rasant zugenommen. Die Eignung einer Laserquelle für die Fügetechnik kann sich sehr unterschiedlich bewerten lassen. Wirkungsgrad, Schweißgeschwindigkeit oder Verwendung von Lichtleitfasern sind nur einige fertigungstechnische Aspekte bei der Auswahl von Laserstrahlquellen. Bei der Qualifizierung von Schweißverfahren für Dünnbleche werden bei Stahlwerkstoffen oftmals die Ausbildung des tragenden Querschnittes, der Nahteinfall und die Porenfreiheit bewertet. Der Einsatz von neuartigen Hochleistungslaserquellen mit Fokustaillen unterschiedlicher Ausbreitung und Form führt zur Erweiterung der Prozessgrenzen für diese Laserart. Neue Prozessbedingungen rufen jedoch eine veränderte Temperaturverteilung im Werkstoff hervor, die zu einer Veränderung der werkstofftechnischen Merkmale, wie Erstarrungsbedingungen und Schmelzbadform, und der Belastbarkeit führt. In diesem Beitrag werden vergleichende Untersuchungen zum Fügen von laserstrahltypischen Verbindungen aus austenitischen Stahlwerkstoffen an einem 4,4 kW Nd:YAG Laser und an unterschiedlichen Hochleistungsdiodenlasern (der Leistung 6 kW und 3 kW) präsentiert. Die Prozessmerkmale beider Laserquellen, wie beispielsweise Einschweißtiefe und Geschwindigkeit, Spaltüberbrückbarkeit und Positionierung des Brennfleckes werden ausgearbeitet und bieten dem Anwender eine Hilfe und eine Referenz bei der Auswahl. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein besonderes Augenmerk auf die Eigenschaften der Verbindungen gelegt. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass die Erstarrungsbedingungen, die sich aus dem Temperaturfeld, und damit aus der Wahl der Laserquelle und Prozessbedingungen, ergeben, eine entscheidende Rolle auf das Tragverhalten auch unter schwingender Belastung spielen. Somit ergeben sich weitere werkstofftechnische Aspekte, die bei der Auswahl der Laserquelle betrachtet werden müssen.



Wilden, Johannes; Dolles, Markus; Bergmann, Jean Pierre
Nutzung von Synergieeffekten zur Erhöhung der Prozessflexibilität und -effizienz in der Laseroberflächenbehandlung. - In: Stand und Perspektiven in der Lasermaterialbearbeitung, (2004), S. 202-211

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Jahn, Simon
Einfluss der Strom-Spannungs-Charakteristik auf die Schichtbildung und -eigenschaften beim Lichtbogenspritzen. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2004), S. 95-100

Wilden, Johannes; Emmel, Andreas; Bergmann, Jean Pierre; Dolles, Markus
Optimisation of energy management through plasma-augmented-laser-cladding (PALC). - In: Conference proceedings, (2004), insges. 7 S.

Laser cladding is a very promising technology from a metallurgical point of view. The benefits are low heat input into the substrate, high cooling rates resulting in a fine microstructure of the coating and an excellent metallurgical bonding to the substrate. The main disadvantage of laser cladding, however, is poor process efficiency, which causes high processing costs. In order to gain interest on the industrial level an optimisation of the energy management, for example reducing the energy loss through conduction, is necessary. Improved process efficiency and reduced processing time can be realized by a hybrid technology of coupling laser with a plasma arc. The feed can be coaxial to the plasma gun in form of powder. The main advantage of this process is that the processing area as well as the powder is preheated and activated by a transferred arc. The laser power is mainly used for heating up the feedstock material till melting temperature. The experimental results prove the theoretical considerations. Compared to laser cladding an increase in cladding speed and a lower energy input are reached. Further the efficiency towards material can be nearly doubled, reducing stock costs. At last the heat-affected zone is reduced, which offers the possibility to process crack sensitivity materials.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Frank, Heiko; Pinzl, Sven; Schreiber, Frank
Thin plasma-transferred-arc welded coatings : an alternative to thermally sprayed coatings?. - In: Optimisation of energy management through plasma-augmented-laser-cladding (PALC), (2004), insges. 6 S.

HVOF-, arc- and plasma sprayed coatings are widely used for wear protection. Today these type of layers are dominant if thin coatings from 50 up to 500 micro m and low heat input into the work piece are required. The main disadvantage of thermally sprayed coatings is the adhesion to the substrate and the early failure when cyclic loaded. In both cases a metallurgical bonding to the substrate can improve the life cycle time. Plasma transferred arc (PTA) welded coatings show a metallurgical bonding to the substrate. The main disadvantages of this coating technology are the dilution of about 5%, the heat input into the substrate and that nowadays all welding positions seem to be impossible to carry out. In this paper the theoretical background for welding thin coatings (less than 500 micro m) with a decreased dilution and in all welding positions is given and experimentally proved.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Jahn, Simon;
Arc spraying with dynamic current generators. - In: Thin plasma-transferred-arc welded coatings, (2004), insges. 7 S.

Low running costs, high spray rates and efficiency make electric arc spraying a good tool for coating large areas with high production rates. The main applications are in the field of corrosion and wear protection of large structures, e. g. parts for bridges or offshore industry. New applications are expected for high quality coatings produced by cored wires. Disadvantages of the arc spraying process are that only electrically conductive wires can be processed and the lower particle velocity in comparison to other thermal spray processes like HVOF or APS. Depending on the process parameters the oxidation of particles has a negative effect on the mechanical and the electrochemical properties of the coating, too. In this paper some investigations with new and flexible power supply systems for arc spraying are presented. The particle size and the morphology of the coating can be optimised, due to the possibility of changing the current generator characteristic and modulating the power by pulsing up to 500 Hz. The oxidation of particles can be reduced by a lower heat input based on lower spray voltage. For a higher quality of the coating microstructure investigations with dynamic generators were performed for Zn, Al, ZnAl, 110MnCrTi8 and Al. An enhancement of the process stability was achieved, too.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Mechanised PPAW of thin aluminium sheets. - In: Tagungsband, (2004), S. 65-72

Wilden, Johannes; Szczesny, Detlev; Jahn, Simon
Study on finishing wear resistant thermally sprayed coatings: influence of feed stock material, spraying parameters and machining parameters. - In: Thermal spray 2003, (2003), S. 693-700

Guyenot, Michael; Müller, Klaus; Bergmann, Jean Pierre
Eigenspannungen in laserlegierten AlSi-Schichten. - In: Härterei-technische Mitteilungen, ISSN 0341-101X, Bd. 58 (2003), 3, S. 133-140

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eigenspannungen, die durch das Laserlegieren von Aluminiumrandschichten mit Silicium entstehen. Im Rahmen eines neu entwickelten Prozesses werden die Laufflächen von Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminium zum Schutz gegen Verschleiß mit Silicium durch einen 6 kW-Diodenlaser legiert. Dabei wird die AlSi8Cu3-Gusslegierung bis zu einer Tiefe von 1 mm geschmolzen und mit Silicium angereichert. Im Ergebnis entsteht eine AlSi35-Randschicht mit ca. 20 Gew.-% primären Siliciumausscheidungen. Bei nicht optimaler Prozessführung kommt es zu einem starken Verzug und dem Auftreten von Rissen in der Schicht. Mittels Röntgendiffraktometer konnten die Eigenspannungen in Abhängigkeit von der Bausteilsteifigkeit im Aluminium an der (311)-Gitterebene und getrennt davon im Silicium an der (331)-Gitterebene gemessen werden. Darauf aufbauend werden Möglichkeiten für die Reduzierung der Eigenspannung in der legierten Randschicht entwickelt. Durch diese Untersuchungen ist es jetzt möglich, Risse zu vermeiden, den Verzug zu minimieren und den Eigenspannungszustand in der Schicht gezielt einzustellen. So konnen bei geeigneter Wärmebehandlung sogar Druckspannungen in der legierten Randschicht erzeugt werden.



Wilden, Johannes; Frank, Heiko
Formation of intermetallic phases by laser alloying of thermally sprayed Ti and Al coatings for enhanced wear resistance of lightweight materials. - In: Thermal spray 2003, (2003), S. 475-483

Lightweight materials such as Al and Ti alloys tend to show poor wear resistance. However, laser alloying of thermally sprayed coatings can be used to form intermetallic phases within the surface area to overcome this disadvantage and to build a metallurgical bond between substrate and coating. Such phases formed in an exothermic reaction may show excellent corrosion behaviour and wear resistance. These reactions can be used to influence the surface properties by remelting metallic coatings on Al or Ti substrates. With respect to the wear behaviour, Ti and Al intermetallics are of great interest. Ti and Al alloys were coated by Al, Ti, and Ni respectively. The different structures on the surface of the alloys depend first on the laser processing parameters resulting in the overheated melt and as well as the latent heat of the formed intermetallic phases. The experimental results clearly show that for short dwell times the latent heat dominates the solidification process and that at high solidification rates the microstructure formation becomes nearly independent from the process parameters. This effect is of special interest for industrial applications as quality requirements ask for robust processes. The paper discusses the metallurgical fundamentals of intermetallic phases and the energy balance of the solidification while giving a deep insight into the influence of different process parameters. Lastly, the properties of alloyed surfaces are discussed.



Bergmann, Jean Pierre;
Laserstrahlschweißeignung von Feinblechen aus Titanwerkstoffen. - In: Lasertechnologien, (2003), S. 59-63

Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre; Bergmann, Jean Pierre *1972-*; Dolles, Markus;
Einsatz von elektromagnetischen Feldern zur Verbesserung der Schichteigenschaften beim Laserbeschichten. - In: Lasertechnologien, (2003), S. 98-101

Die Laseroberflächentechnik gewinnt in der Praxis zunehmend an Bedeutung. Neben zahlreichen Applikationen zum Laserstrahlhärten und umschmelzen wird derzeit das Laserstrahlbeschichten zur Verbesserung der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. - Im Rahmen des vorliegenden Beitrages wird über grundlegende Versuche zum Laseroberflächenbehandeln unter Einwirkung zusätzlicher elektro-magnetischer Kräfte berichtet. Die verfahrenstechnischen Voraussetzungen ebenso wie das geometrische und metallurgische Eigenschaftsprofil der erzeugten Schichten in Abhängigkeit des Magnetfeldes, der Stromstärke und -richtung werden hier beschrieben.



Wilden, Johannes; Bergmann, Jean Pierre
Fügen und Beschichten am Fachgebiet Fertigungstechnik. - In: 55 Jahre DVS-Arbeitskreis Thermisches Spritzen in den neuen Bundesländern, (2003), insges. 9 S.

Wilden, Johannes;
Lehr- und Forschungsschwerpunkte im Fachgebiet Fertigungstechnik. - In: 55 Jahre DVS-Arbeitskreis Thermisches Spritzen in den neuen Bundesländern, (2003), insges. 11 S.

Wilden, Johannes; Jahn, Simon
Finishing of wear resistant coatings. - In: Proceedings and our portrait, (2003), insges. 2 S.

Wilden, Johannes; Jahn, Simon
Endbearbeitung von Beschichtungen. - In: 55 Jahre DVS-Arbeitskreis Thermisches Spritzen in den neuen Bundesländern, (2003), insges. 6 S.

Es wurde der Einfluss der Spritzprozessparameter auf die nachfolgende Zerspanung und die Oberflächengüte der bearbeiteten thermischen Spritzschichten nachgewiesen. Des weiteren wirkt sich auch die Pulverkörnung und Zusammensetzung auf die Oberflächenrauheit der thermischen Spritzschichten nach der Schleifbearbeitung aus. Das Zerspanverfahren Schleifen ermöglicht das Herstellen einer dem Standard entsprechenden Oberflächenqualität. Durch den Einsatz von höheren Werkzeugdrehzahlen und niedrigeren axialen Vorschubgeschwindigkeiten kann die Oberflächenrauheit von thermischen Spritzschichten reduziert werden. Aufgrund des geringeren axialen Vorschubs verringert sich jedoch auch das Zeitspanvolumen. Deutlich höhere Abtragsraten ermöglicht dagegen das Bearbeitungsverfahren Drehen. In den Versuchen konnten Schneidplatten und Bearbeitungsparameter ermittelt werden, die nicht zu einem Ausbrechen der Schneide nach kurzer Standzeit führen. Durch die bei der Drehbearbeitung erzielten geringen Oberflächenrauheiten ist eine Substitution des Schleifens denkbar. Nachteilig ist zur Zeit noch die verschleißbedingte kurze Standzeit der Drehwerkzeuge. Dies trifft sowohl für thermisch gespritzte Schichten als auch für Laser-Pulver-Auftragschweißungen zu. Das Herstellen von Oberflächen mit sehr geringen Rauheitswerten in nur einem Dreharbeitsgang kann jedoch trotz der hohen Werkzeugkosten, aufgrund der Einsparung von Bearbeitungszeit, wirtschaftlich erfolgen. Zum Hartdrehen von Stählen werden speziell für diesen Einsatzzweck konstruierte Maschinen eingesetzt, die sich durch eine sehr hohe Steifigkeit, gute Dämpfungseigenschaften und entsprechende Führungen auszeichnen. Zur Drehbearbeitung von thermisch gespritzten oder mit Laser auftraggeschweißten Verschleißschutzschichten muß die Schneidengeometrie in die Betrachtungen miteinbezogen werden. Eine Optimierung dieser Geometrie kann die Belastung der Schneide verringern und somit die Standzeit der Wendeschneidplatte erhöhen. Eine weiterer Ansatzpunkt für die Parameterentwicklung ist die Modellierung der Nachbearbeitung im Gegensatz zu empirischen Versuchen. Zur Validierung der Modellierungsergebnisse sind nur wenige Versuche nötig. Dadurch wird die Anzahl der durchzuführenden Versuche minimiert und die Materialkosten gesenkt.



Bergmann, Jean Pierre; Kunst, Martin
Remote-Schweißen verzinkter Stähle mit einem Kohlendioxidlaser. - In: Der Praktiker, ISSN 0554-9965, Bd. 55 (2003), 10, S. 323-326

Beim Schweißen mit einem Kohlendioxidlaser kann die Strahlung wegen ihrer Wellenlänge von 10,6 Mikrometer nicht mit Lichtleitfasern übertragen werden. Die Strahlführung erfolgte bisher durch Systeme aus ebenen, nicht drehbaren Kupferspiegeln und flexible Spiegelsysteme mit konstanter Strahlführungslänge. Eine neue Möglichkeit der Strahlführung bietet das Remote-Schweißen. Dabei wird mit einem Lasersystem gearbeitet, das eine flexible Positionierung des Fokuspunktes im Raum mit Hilfe von bewegten Spiegeln zuläßt und sich durch eine sehr hohe Positioniergeschwindigkeit auszeichnet. Das Remote-Schweißen stellt aufgrund seiner besonders schnellen und kostengünstigen Erzeugung von Lasersteppnähten vor allem eine Alternative zum Widerstandspunktschweißen dar. Das Verfahren wurde zum Schweißen verzinkter Bleche eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, daß die Nahtqualität teilweise durch den schräg auf das Werkstück auftreffenden Laserstrahl beeinträchtigt wird. Bei stechendem Strahl ist die Nahtgüte besser als im schleppend erreichten Bereich. Um insgesamt befriedigende Schweißergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit, Laserstrahlleistung und Spaltbreite individuell anzupassen, wobei das Schweißen im Randbereich empfohlen wird.



Wielage, Bernhard; Wank, Andreas; Wank, Andreas *1972-*; Wilden, Johannes;
Herstellung von Verbundwerkstoffen bzw. Werkstoffverbunden durch thermische Beschichtungsverfahren. - In: Metallische Verbundwerkstoffe, (2003), S. 124-159

Wilden, Johannes; Emmel, A.; Dolles, Markus
Plasma-assisted laser cladding process design and properties. - In: Lasers in manufacturing 2003, (2003), S. 189-194

Wilden, Johannes; Dolles, Markus; Emmel, Andreas
Effizienzsteigerung beim Laserstrahlbeschichten : Plasmaunterstützung macht's möglich. - In: 55 Jahre DVS-Arbeitskreis Thermisches Spritzen in den neuen Bundesländern, (2003), insges. 12 S.

Das Laserbeschichten stellt in metallurgischer Hinsicht ein sehr vielversprechendes Fertigungsverfahren dar, welches sich durch geringe thermische Bauteilbeeinflussung, einer feinen Mikrostruktur der Beschichtung infolge hohe Abkühlraten und einer hervorragenden metallurgischen Verbindung mit dem Grundmaterial auszeichnet. Bedingt durch mangelnde Prozesseffektivität ergeben sich für das Laser-Cladding hohen Herstellungskosten und be-schränken den Einsatz auf vorwiegend Spezialanwendungen. Um das Interesse der Industrie zu wecken müssen die Prozesseffizienz gesteigert und die Beschichtungskosten gesenkt werden. Zu diesem Zweck wurde ein hybrider plasma-unterstützter Laserbeschichtungsprozess entwickelt, welcher die Vorteile des Laser-Claddings wahrt und durch die Nutzung der Plasmae-nergie ein Steigerung der Auftragsleistung ermöglicht. Der vorrangige Nutzen des Plasma-Prozesses ist das kostengünstige Vorheizen von Grund- und Beschichtungswerkstoff und ein gleichzeitiges Reinigen und Aktivieren der Bearbeitungsstele durch einen übertragenen Lichtbogen. Die Laserleistung kann dadurch effektiver für das Aufschmelzen der Werkstoffe genutzt werden. Die angestellten theoretischen Überlegungen konnten im Rahmen der durchgeführten Experimente bestätigt werden. Verglichen mit dem konventionellen Laserbeschichten wurde eine Verdopplung der Auftragsleistung und eine Steigerung der Prozessgeschwindigkeit auf 300% erreicht.



Wielage, Bernhard; Podlesak, Harry; Wank, Andreas; Matthes, Klaus-Jürgen; Kolbe, Gerald; Wilden, Johannes
Schutz von titanlegierten Oberflächen durch thermisches Spritzen und Laserbehandlung :
Protection of titanium alloy surfaces by thermal spraying and laser treatment. - In: Thermal spray 2003, (2003), S. 175-182

Titanium alloys are used in several fields due to their outstanding high specific strength, low density and excellent corrosion resistance, but the low wear resistance confines their applicability. The performance of CVD and PVD coatings is limited by the low hardness of the substrate, which cannot supply sufficient support, and conventional thermal spray coating materials do not provide the excellent corrosion properties. Laser alloying also often results in a decreased corrosion resistance and additionally in embrittlement. The use of boron for laser alloying or dispersing of diborides permits the incorporation of extremely hard boride phases without significant decrease of the matrix materials corrosion resistance and ductility, as there is no solubility of boron in titanium. Laser alloying with boron paste and dispersing of TiB2 in Ti6A14V surfaces is carried out with CO2 lasers and an adapted inert gas shower apparatus. Typically a melt pool depth of 200 -300 micron is achieved and the boride precipitates permit an increase of the surface hardness from 350 HV0.05 in the initial state to about 800 HV0.05. The surface area is characterized by means of optical microscopy, SEM and EDXS. Vacuum plasma spraying is used to provide a technology for deposition of TiB2 layers with defined thickness prior to laser treatment on surfaces with complex shape and in order to evaluate the direct applicability of thermally sprayed TiB2 coatings



Wilden, Johannes; Wank, Andreas; Frank, Heiko
Fertigungsverfahren zur Herstellung von metallischen Halbzeugen und Bauteilen aus metallischen, keramischen und metallkeramischen Werkstoffen für die Mikrosystemtechnik. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 11 S.

Wiesner, Peter; Sändig, Sabine; Leutbecher, Thomas
Verkürzung der Zykluszeit beim Spritzgießen durch konturangepasste Kühlung. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 5 S.

Wilden, Johannes; Frank, Heiko; Theiler, Carmen; Seefeld, Thomas; Sepold, G.
Rapid Prototyping gerichtet erstarrter Titanaluminidstrukturen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 9 S.

Wank, Andreas; Wielage, Bernhard; Wilden, Johannes; Schnick, Thomas
Herstellung mikrostrukturierter Bauteile mittels thermischem Spritzen. - In: Tagungsband, (2002), S. 4-11

Wilden, Johannes; Frank, Heiko
Laserlegieren : Einfluss der latenten Wärme auf die Gefügeausbildung. - In: Moderne Lasertechnologien und ihre Anwendungen, (2002), S. 139-148

Sändig, Sabine; Leutbecher, Thomas
Mit Blechlamellen zu neuen Werkzeuglösungen. - In: Form + Werkzeug, ISSN 1439-667X, (2002), 2, S. 25-27

Wielage, Bernhard; Wilden, Johannes; Wilden, Johannes *1956-*; Schnick, Thomas
Herstellen von SiC-Cermetbeschichtungen mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 54 (2002), 7, S. 378-383

Wielage, Bernhard; Schnick, Thomas; Hoffmann, Ulrike
Anwendung der Lock-in-Thermografie für die Qualitätsbeurteilung thermisch gespritzter Schichten. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 54 (2002), 5, S. 234-239

Schober, Dietmar; Appel, Ludwig; Horn, Helmut; Santos, Jorge; Wiesner, Peter; Winkel, Hans-Jürgen
Stand und Zukunftsaussichten der Sonderschweißverfahren : Teil 1: Reibschweissen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 54 (2002), 9, S. 502-509

Hofmann, Jens;
Heat Molding : eine Technologie zum ungerichteten Fassen optischer Bauelemente in Kunststofffassungen, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 121 S., 1711 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
Parallel als Druckausg. erschienen

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Sändig, Sabine; Leutbecher, Thomas; Wiesner, Peter
Laminated tool manufacturing by laser cutting and diffusion bonding. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (2001), 1, S. 845-855

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Wiesner, Peter; Leutbecher, Thomas; Sändig, Sabine; Vogel, Harald; Schmidt, Jürgen
Herstellen "Intelligenter Werkzeuge" durch Diffusionsschweißen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2001), S. 1-4

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Application study on ceria based thermal barrier coatings. - In: Materials science and engineering technology, ISSN 1521-4052, Bd. 32 (2001), 8, S. 654-659

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Oxidfaserverstärkte Glasverbunde - Technologie und Eigenschaften. - In: Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, (1999), S. 376-381

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Rapid Prototyping durch Laserschneiden und Diffusionsschweißen. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 3 S.

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Überwachung des Prozeßzustandes beim Läppen mittels neuronaler Netze durch Messung des Körperschalls und der Tangentialkraft. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 6 S.

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Lasertechnologien zum Rapid Prototyping. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 7 S.

Leutbecher, Thomas; Hülsenberg, Dagmar
Oxidfasereinlagerung in Glasverbunden : Auswahl der Fasermaterialien, Technologie und Eigenschaften. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 6 S.

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Überwachung des Prozeßzustandes beim Läppen mittels neuronaler Netze durch Messung des Körperschalls und der Tangentialkraft, 1999. - 136 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
Enth. außerdem: Thesen

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Fertigungsentwurf mit Computern. - In: Vortragsreihen, (1996), S. 335-339

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Unwuchtkompensation durch adaptive und selektive Montage (ASM). - In: Vortragsreihen, (1996), S. 323-328

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Minimized focal fluctuations for laser cutting. - In: Laser in der Technik, (1994), S. 646-649

Bachmann, Matthias E.; Wiesner, Peter; Heise, Heike
Applications of soft soldering using high-energy-lamps. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (1994), 1, S. 429-432

https://doi.org/10.2351/1.5058820
Schlebeck, Dirk;
Laser hardening in close limit production. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (1994), 1, S. 372-380

https://doi.org/10.2351/1.5058812
Schmidt, Kristina; Hülsenberg, Dagmar; Eckstein, Manuela; Harnisch, Alf; Jakob, Christine; Nutsch, Rolf
Mikrostrukturierung von Glas. - In: F & M, ISSN 1437-9503, Bd. 102 (1994), 1/2, S. 21-24

Schlebeck, Dirk;
Entwurf eines Beratungssystems für das Laserstrahlhärten, 1994. - 108, 14 Bl. : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 1994
Enth. außerdem: Thesen

Bachmann, Matthias E.; Schlebeck, Dirk
Surface treatment with non-coherent light. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (1993), 1, S. 994-998

https://doi.org/10.2351/1.5058667
Sändig, Sabine; Wiesner, Peter
Laser surface melting of cutting tool materials. - In: Journal of laser applications, ISSN 1938-1387, (1993), 1, S. 835-846

https://doi.org/10.2351/1.5058649
Schlebeck, Dirk; Bachmann, Matthias
Knowledge based system for laser hardening. - In: Laser treatment of materials, (1992), S. 711-718

Schlebeck, Dirk; Bachmann, Matthias
Newly developed system for laser hardening. - In: Dedicated Conference on New and Alternative Materials for the Automotive Industries, (1992), S. 381-388

Wiesner, Peter; Vogel, Harald; Schmidt, Jürgen
Diffusionsschweißen von Hartmetallwerkzeugen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweissen '92, (1992), S. 57-59

Wiesner, Peter; Vogel, Harald; Schmidt, Jürgen
Diffusionsschweißen von Hartmetallwerkzeugen. - In: Tätigkeitsbericht / Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, (1992), S. 28-35

Böswetter, Gerd;
Montage von Rundoptikbaugruppen der Mittelklasseoptik. - 128 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Habil.-Schr., 1990
Enth. außerdem : Thesen

Wiesner, Peter; Vogel, Harald; Syrbe, Hanno; Schmidt, Jürgen
Diffusionsschweißen in der Gerätetechnik. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 34 (1989), 4, S. 109-110

Wiesner, Peter; Schmidt, Wolfgang; Weiß, Mathias
Ein Programm zur Wandlung von CAD-Zeichnungsdaten in Steuerdaten für eine CNC-Laseranlage. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 34 (1989), 4, S. 107-108

Dobržanskij, V. G.; Wiesner, Peter
Korrozija diffuzionnogo svarnogo soedinenija splava Al. Cu, Mg I-038. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 34 (1989), 4, S. 19-20

Böswetter, Gerd;
Anwendung des automatisierten Justierklebens zur Montage von Rundoptik. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 34 (1989), 4, S. 7-10

Wiesner, Peter;
Technologie des Elektronenstrahlschweißens
1. Aufl.. - Berlin : Verl. Technik, 1989. - 100 S. ISBN 3-341-00640-0
Literaturverz. S. 91 - 97

Schmidt, Wolfgang;
Konzeption zur Einsatzvorbereitung des Laserhärtens im Gerätebau Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1988

Wiesner, Peter; Eckstein, Manuela
Laserhärten von Stahl und Gußeisen. - In: ZIS-Mitteilungen, ISSN 0044-1465, Bd. 29 (1987), 1, S. 65-73

Eckstein, Manuela;
Oberflächenhärten mit Laser. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 33 (1987), 2, S. 103-109

Eckstein, Manuela;
CO2-Laserhärten von Werkstoffen und Teilen der Gerätetechnik Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1987

Wiesner, Peter; Eckstein, Manuela
Oberflächenbehandeln mit Laserstrahlen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 31 (1986), 4, S. 65-68

Mehlhorn, Herbert;
Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Fertigungstechnik. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 31 (1986), 4, S. 31-34

Brückner, Helmut; Hennecke, Dietrich; Turba, Jens
Automatisierung der Getriebebaugruppenmontage von Verbrennungsmotoren kleiner Hubräume. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 31 (1986), 4, S. 7-10

Böswetter, Gerd; Brückner, Helmut; Denzin, Klaus; Hennecke, Dietrich
Beitrag zur Automatisierung der Montage optischer Geräte. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 31 (1986), 4, S. 3-5

Wiesner, Peter; Syrbe, Hanno
Numerisch gesteuerter Koordinatentisch für eine Lasertrennanlage. - In: Ergebniskatalog bedeutsamer, nachnutzungsbereiter Forschungsergebnisse aus der HFR 8.01., (1985), S. 59-60

Mehlhorn, Herbert; Schmidt, Jürgen
Konsultationszentrum Diffusionsschweißen an der Technischen Hochschule Ilmenau. - In: Feingerätetechnik, ISSN 0014-9683, Bd. 34 (1985), 3, S. 139

Enger, Ulrich;
Ultraschallflachläppen-Intensivierung der Feinbearbeitung kleiner Teile. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 31 (1985), 1, S. 143-147

Stadthaus, W.; Enger, Ulrich; Pech, Wolfgang
Reibung und Schmierung im Vakuum. - In: Feingerätetechnik, ISSN 0014-9683, Bd. 33 (1984), 8, S. 360-363

Enger, Ulrich; Oertel, Bernd; Oertel, Bernd *1946-*; Hoppe, H.
Flachläppen mit Ultraschallüberlagerung. - In: Feingerätetechnik, ISSN 0014-9683, Bd. 33 (1984)

Herzer, Helmut; Mehlhorn, Herbert
Untersuchungen zum CO2-Laserhärten von Stahlwerkstoffen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 28 (1983), 4, S. 111-115

Mehlhorn, Herbert; Holland-Moritz, Wolfram; Kleppek, Lutz
Diffusionsschweißen in der Gerätetechnik. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 28 (1983), 4, S. 117-120

Wiesner, Peter;
Strahlbearbeitung. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 28 (1983), 4, S. 31-34

Henkel, Udo; Mehlhorn, Herbert
Hohlbohren mit partiellem Eingriff als Simulationsmethode für das Trennschleifen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 28 (1983), 4, S. 7-9

Hennecke, Dietrich; Brückner, Helmut
Automatisierungsgerechte Gestaltung und Bewertung von Erzeugnissen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 28 (1983), 3, S. 55-58

Mehlhorn, Herbert;
Diffusionsschweißen - theoretische und praktische Ergebnisse. - In: Forschungsergebnisse zur Technologie der metallverarbeitenden Industrie, (1982), S. 77-84

Brückner, Helmut; Hennecke, Dietrich
Methodik zur Einsatzvorbereitung. - In: Einsatzvorbereitung für Industrieroboter, (1982), S. 59-121

Brückner, Helmut; Lindemann, Bernd; Pampel, Joachim; Panier, Dieter
Aufgaben der Einsatzvorbereitung für Industrieroboter. - In: Einsatzvorbereitung für Industrieroboter, (1982), S. 9-12

Enger, Ulrich; Oertel, Bernd;
Probleme der Herstellung funktionsoptimaler Oberflächen durch Läppen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 25 (1980), 6, S. 37-40

Brückner, Helmut; Zehner, Uwe
Rechnergestützte kinematische Abtragserfassung und Verschleißoptimierung beim maschinellen Planläppen. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 25 (1980), 6, S. 27-30

Lange, Harald;
Grundlagen zur Effektivierung technologischer Entscheidungen im konstruktiven Entwicklungsprozess des Gerätebaus. - Ilmenau, 1980. - 1 Band (verschiedene Seitenzählungen)
Technische Hochschule Ilmenau, Dissertation 1980


Brückner, Helmut; Haueisen, Konrad; Haueisen, Heinz
Ergebnisse bei der Anwendung mathematisch-statistischer Analyseverfahren auf die Auswahl von Fügeverfahren am Beispiel von Wellen-Naben-Verbindungen. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 25 (1979), 5, S. 65-73

Grünwald, Franz;
Neue Ergebnisse von Feinbearbeitungsverfahren. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 23 (1977), 2, S. 69-87

Manitiu, Carol; Mehlhorn, Herbert
Beitrag zur Erläuterung des Abtragsmechanismus bei der elektroerosiven Metallbearbeitung. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 23 (1977), 1, S. 169-175

Mehlhorn, Herbert; Günther, Wolf-Dieter; Thomasius, Ulrich; Höhle, Hans-Michael
Möglichkeiten der Anwendung des Diffusionsschweißens in der Gerätetechnik. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 19 (1974), 4, S. 9-14

Schmidt, Armin; Lange, Harald
Ein Beitrag zur Rationalisierung der Entwicklung von Fügeverfahren. - In: Internationales wissenschaftliches Kolloquium / Technische Hochschule Ilmenau, ISSN 0374-3365, Bd. 19 (1974), 4, S. 3-8