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000818826 1001_ $$0P:(DE-82)IDM02157$$aSimon, Marek Sebastian$$b0$$urwth
000818826 245__ $$aOn the mechanism of evaporation-determined arc-cathode coupling in GMA welding$$cvorgelegt von Marek Sebastian Simon$$honline, print
000818826 246_3 $$aÜber den Wirkzusammenhang der Verdampfungsbestimmten Kopplung von Lichtbogen und Kathode beim MSG-Schweißen$$yGerman
000818826 260__ $$aDüren$$bShaker Verlag$$c2021
000818826 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme
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000818826 4900_ $$aAachener Berichte Fügetechnik$$v1/2021
000818826 500__ $$aDruckausgabe: 2021. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000818826 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2021$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2021$$gFak04$$o2021-04-22
000818826 5203_ $$aBei der Prozesssimulation des Metall-Schutzgasschweißens ist es das Ziel, die auf den Prozess übertragene Energie sowie die Schweißbadgeometrie vorherzusagen. Aus diesem Grund ist die Kopplung des Lichtbogens an den geschweißten Werkstoff sowohl an der Kathode als auch an der Anode von herausragendem Interesse. Obwohl es einen umfangreichen Bestand an Arbeiten zur Kopplung des Lichtbogens an die Kathode gibt, können die vorliegenden Modelle unter den Bedingungen des MSG-Schweißens nicht angewendet werden, da sie unphysikalische Ergebnisse liefern. Insbesondere führen die aktuellen Modelle in der Regel zu sehr hohen Kathodenoberflächentemperaturen, d.h. oberhalb der Siedetemperatur der Metalle. Nachdem einschlägige Experimente vorgestellt und diskutiert wurden wird deutlich, dass der derzeitige Stand der Technik mit den Beobachtungen nicht in Einklang zu bringen ist und daher ein neuer Ansatz entwickelt werden muss. Weiterhin wird ein dialektisches Argument entwickelt, nämlich, dass die Kopplung des Lichtbogens an die Kathode unter den Bedingungen von diffuser Anbindung beim Metallschutzgasschweißen, als stark verdampfungsabhängig aufgefasst werden muss. Das Ergebnis dieser Argumentation ist die Schlussfolgerung, dass die Stromübertragung hauptsächlich von Metallionen getragen wird, die von der Kathodenoberfläche verdampft und im kathodennahen Plasma ionisiert werden, und dass diese Stromübertragung unterhalb des Siedepunkts begrenzt sein muss. Als Kernhypothese wird dann vorgeschlagen, dass diese Begrenzung durch eine Abnahme des Ionisationsgrades infolge der Abkühlung des kathodennahen Plasmas durch den kalten Metalldampf erfolgt. Auf dieser Argumentation aufbauend wird ein mathematisches Modell für die verdampfungsbestimmte Kopplung von Lichtbogen und Kathode (EDACC) eingehend vorgestellt. Die Eigenschaften des Modells werden dann in der Anwendung auf eine vereinfachte CFD-Schweißbadsimulation analysiert, und es zeigt sich, dass das Modell die beobachteten Kathodenoberflächentemperaturen unterhalb des Siedepunkts reproduziert. Schließlich werden noch ein Ausblick auf mögliche Anwendungen dieses neu gewonnenen Verständnisses über die Lichtbogen-Kathoden-Kopplung gegeben, sowie offene Fragen und gegenwärtige Begrenzungen des Modells diskutiert.$$lger
000818826 520__ $$aIn gas metal arc welding (GMAW) process simulation, it is desired to predict the energy transferred to the process as well as the weld pool geometry. For this reason, the coupling of the arc to the welded material is of high interest, both at the cathode and anode. Although there exists a substantial body of work on the coupling of the arc to the cathode, the present models cannot be applied in the conditions of GMAW welding, as they give unphysical results. In particular, the current models usually result in very high cathode surface temperatures, i.e. above boiling temperature of the metals. After relevant experiments are presented and discussed, it is concluded that the current state of the art does not reflect the observations and that therefore a new approach needs to be developed. Furthermore, a dialectic argument is developed, namely that the coupling of the arc to the cathode in diffuse attachment of GMAW must be strongly determined by evaporation. The argument concludes that the current transfer is mainly carried by metal ions that are evaporated from the cathode surface and ionized in the near cathode plasma, and that this current transfer must be limited to below boiling temperature. The core hypothesis is that this limit results from a decrease of the ionization degree, due to cooling of the near cathode plasma by the cold metal vapor. Based on this argument, a mathematical model for the Evaporation-Determined Arc-Cathode Coupling (EDACC), is introduced in detail. The properties of the model are then analyzed by applying it to a simplified computational fluid dynamics (CFD) weld pool simulation and it shows that the model is in line with the observed cathode surface temperatures below boiling. Finally, also an outlook is given on possible applications of this new understanding of the arc-cathode coupling, as well as a discussion of open questions and current limitations of the model.$$leng
000818826 536__ $$0G:(GEPRIS)260043483$$aSFB 1120 A04 - Simulationsunterstützte Ermittlung der Wirkung von Schweißbadströmungen auf die präzise Bildung der MSG-Schweißnaht (A04) (260043483)$$c260043483$$x0
000818826 536__ $$0G:(GEPRIS)236616214$$aDFG project 236616214 - SFB 1120: Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen (236616214)$$c236616214$$x1
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