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Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:04:50 +0100 in 0.0926 sec


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