Das Laserstrahlschweißen als flexibles und kontaktloses Fügeverfahren gewinnt immer weiter an Bedeutung. Die Neigung mancher Legierungen zu Erstarrungsrissen stellt dabei jedoch eine Herausforderung dar. Trotz der hohen industriellen Relevanz existieren bisher lediglich Ansätze, die sich Teilaspekten dieser Problematik widmen. Daher widmen sich im Rahmen der Forschungsgruppe FOR5134 seit 2021 Forschende in sieben Teilprojekten der Aufgabe, ein prädiktives, effizientes und hochskalierbares multiskaliges sowie multiphysikalisches Simulationsframework zu entwickeln, um ein quantitatives Prozessverständnis der Mechanismen der Erstarrungsrissbildung zu gewinnen. Diese Website bietet Ihnen einen Überblick über die Ziele, die Struktur und die beteiligten Forschenden unserer Forschungsgruppe.

Wissenschaftliche Motivation

Im Zuge des steigenden Automatisierungsgrads in der Industrie erlangte das Laserstrahlschweißen – oft auch Laserschweißen genannt – erheblich an Bedeutung. Eine der größten Herausforderungen dabei stellen Erstarrungsrisse, d. h. Heißrisse dar, die beim Schweißen in der Schweißnaht entstehen. Seit einigen Jahren widmet sich eine große Anzahl an experimentellen und simulativen Forschungsprojekten diesem Thema. Aktuell existieren zahlreiche, vorwiegend qualitative Theorien nebeneinander, die metallurgisch-, dehnungs- oder spannungsorientierte Ansätze verfolgen. Es gelang bisher nicht, eine eindeutige und quantitative Modellbeschreibung durch Experimente zu erarbeiten. Ein quantitatives Verständnis der Entstehungsmechanismen von Erstarrungsrissen ist jedoch unabdingbar für die Verbesserung des Laserstrahlschweißprozesses.

Forschungsziele

Wir setzen uns als zentrales Ziel, Prozessverständnis für die Entstehung von Erstarrungsrissen sowie deren Korrelation zu Prozessparametern aufzubauen, um eine Vorhersage von Erstarrungsrisswahrscheinlichkeiten zu ermöglichen. Hierzu sollen die relevanten Phänomene von der Makro- über die Meso- bis hinunter zur Mikroskala in einem quantitativen Prozessmodell abgebildet werden.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Unsere Forschungsarbeit erfordert Expertise aus den Fachbereichen Maschinenbau, Produktionstechnik, Materialwissenschaften und Werkstofftechnik, Mathematik und Informatik. Die Forschungsgruppe betrachtet somit zum ersten Mal skalenübergreifend und multiphysikalisch die Problemstellung der Entstehung von Erstarrungsrissen beim Laserstrahlschweißen und geht von der Annahme aus, dass der fachübergreifende Forschungsansatz zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen führen wird.


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