Modeling and application of induction-assisted laser and laser-hybrid welding processes

Laserbasierte Schweißprozesse bringen häufig zeitliche Temperaturverläufe mit sich, die die Restriktionen bezüglich der zugelassenen Temperaturgradienten und Abkühlungsgeschwindigkeiten innerhalb des geschweißten Materials überschreiten. Im Gegensatz dazu bietet die induktive Unterstützung eine adäquate Lösung zur Realisierung eines optimierten Temperaturverlaufs im Schweißprozess, ohne dabei an Flexibilität oder Leistung einzubüßen. Um eine Grundlage für eine erfolgreiche Simulation und die Auslegung einer solchen induktiven Wärmebehandlung bereitzustellen, wurde in dieser Arbeit eine Methodik zur Beschreibung des gesamten zeitlichen Temperaturverlaufs entwickelt und verifiziert. Diese wurde in einem parametrisierten numerischen Modellimplementiert, welches für die Optimierung verschiedener Prozesssituationen ausgelegt ist. Unter Verwendung des numerischen Modells wurden die relevanten physikalischen Hintergründe der induktiven Erwärmung unter Berücksichtigung ihrer Implementierung im laserbasierten Schweißprozess analysiert. Die Analyse einer Wärmebehandlung im Rahmen eines Stumpfnahtfügeprozesses von flachen Materialien hat sowohl den Hintergrund für eine induktive Vorerwärmung als auch für die Auslegung einer induktiven Nacherwärmung bereitgestellt. Wichtige Parameter des induktiven Erwärmungsprozesses wurden identifiziert und bezüglich ihres Einflusses auf den gesamten Temperaturverlauf ausgewertet. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden zur Entwicklung einer neuen kombinierten Technologie eingesetzt, die eine Laserschweißung und einen induktiven Härtungsvorgang in einem einzigen Prozess verbindet. Die erhaltenen Ergebnisse bekräftigten sowohl die Prozessfunktionalität als auch die Einsetzbarkeit der induktiven Erwärmung zur Optimierung der Temperaturverläufe in Schweißvorgängen.