Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Gefördert durch: Projekt G4 Modellierung und Visualisierung physikalischer Zusammenhänge beim MSG-Lichtbogenprozess A. Zabirov, O. Mokrov, U. Reisgen,

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Gefördert durch: Projekt G4 Modellierung und Visualisierung physikalischer Zusammenhänge beim MSG-Lichtbogenprozess A. Zabirov, O. Mokrov, U. Reisgen,"—  Präsentation transkript:

1 gefördert durch: Projekt G4 Modellierung und Visualisierung physikalischer Zusammenhänge beim MSG-Lichtbogenprozess A. Zabirov, O. Mokrov, U. Reisgen, Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University M. Hertel, M. Schnick, U. Füssel, Lehrstuhl Fügetechnik und Montage, IOF, TU Dresden Lichtbogenkolloquium Berlin

2 2 Zielstellung MSG-Prozess numerisches Model Prozessvorhersagen Numerische Simulation Interpretation von Messergebnissen (G1, G2, G3) Erweiterung des Prozessverständnisses Vorhersage von Prozessabläufen Schaffung eines Entwicklungswerkzeugs für den MSG-Prozess

3 3 Modellentwicklung (I) MSG-Lichtbogenmodell (TU Dresden) Gesamtmodell MSG-Prozess Einfluss von Metalldampf Entmischungseffekte Turbulenz Strahlungstransport Fallgebietsmechanismen Berechnung der freien Oberfläche (VOF-Methode) temperaturabhängige Stoffeigenschaften Kathodenmodell Anodenmodell Tropfenübergangsmodell (RWTH Aachen) J. Hu, et al. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007

4 4 Modellentwicklung (II) Haidar, J. Phys. D: Appl. Phys.,1998 Spille-Kohoff, ChopArc. Project, 2004 Hu, Int. J. Heat Mass Transf., 2006 Bisherige Modelle von MSG-Lichtbögen abgeleitet von Modellen des WSG-Lichtbogens maximale Temperaturen über K maximale Temperatur und Stromdichte auf der Lichtbogenachse ohne Metalldampf

5 5 Modellentwicklung (III) Messung an MSG-Lichtbögen maximale Temperaturen kleiner K Minimum in der radialen Temperaturverteilung Metalldampf im Lichtbogenkern Berücksichtigung von Metalldampf im Modell ist notwendig ! Lichtbogenkern dominiert von Metalldampf Cu-Filter (510 ± 3 nm) Ar-Filter (750 ± 3.5 nm) Außenbereich dominiert von Argon INP Greifswald, ChopArc. Project, 2004 ohne Filter Briand et al.: SG 212, 2008

6 6 Modellentwicklung (IV) Eigenschaften von Argon-Eisendampf-Mischungen A. B. Murphy: Thermal plasmas in gas mixtures. J. Phys. D: Appl. Phys., 2001

7 7 ohne Eisendampfmit Eisendampf Einfluss von Eisendampf auf den MSG-Lichtbogen Modellentwicklung (V)

8 8 Entstehung und Verteilung von Eisendampf A. B. Murphy: Thermal plasmas in gas mixtures, J. Phys. D: Appl. Phys., 2001 Diffusionsmodell nach Murphy Vermischung und Entmischung im Lichtbogen Modellentwicklung (VI)

9 9 Entstehung und Verteilung von Eisendampf A. B. Murphy: Thermal plasmas in gas mixtures, J. Phys. D: Appl. Phys., 2001 Diffusionsmodell nach Murphy Vermischung und Entmischung im Lichtbogen Modellentwicklung (VII)

10 10 Vergleich mit Messwerten aus G1 INP

11 11 INP Vergleich mit Messwerten aus G1

12 12 Einfluss von Eisendampf (I) Wodurch kommt das lokale Temperaturminimum zustande? bisherige Erklärungsversuche: Kühlwirkung durch Vermischung mit kaltem Metalldampf geringere Widerstandserwärmung durch erhöhte Leitfähigkeit Sensitivanalysen: Ursache ist erhöhte Strahlung des Metalldampfes

13 13 Einfluss von Eisendampf (II) Wodurch kommt der Spannungsanstieg zustande? Sensitivanalysen: elektrische Leitfähigkeit allein führt zur Verringerung des Spannungsabfalls Verlust durch erhöhte Strahlung muss ausgeglichen werden Bezugslinie Argon Eigenschaften

14 14 Einfluss von Eisendampf (III) Was passiert mit steigender Verdampfungsrate? Staudruck nimmt ab Temperaturgradient sinkt Wärmeübergang wird schlechter

15 15 Schlussfolgerungen Modellierung Einfluss des Metalldampfes zum ersten mal in einem MSG-Lichtbogenmodell berücksichtigt Metalldampf hat einen signifikanten Einfluss auf die Prozessparameter Vernachlässigung bzw. Annahme einer gleichmäßigen Verteilung im Lichtbogen nicht zulässig höhere Aussagekraft als bisherige MSG-Modelle Einfluss von Eisendampf auf den MSG-Prozess lokales Minimum in der radialen Temperatur- und Stromdichteverteilung Hauptursache ist die erhöhte Strahlung des Metalldampfes Staudruck und Wärmeeintrag sinken mit steigender Verdampfungsrate

16 16 weitere Schritte MSG-Lichtbogenmodell Weiterentwicklung Implementierung der Fallgebietsmechanismen (Energieeintrag und Fallspannung) Implementierung Strahlungstransportmodell (Berücksichtigung der Strahlungsabsorption im optisch dichten Metalldampfkern) Validierung des Modells bisher: Literaturangaben (Randbedingungen teilweise unbekannt) jetzt: Diagnostik im Forschungscluster (G1, G3, G5) Nutzung des MSG-Modells in G5 und A3

17 gefördert durch: Projekt G4 Modellierung und Visualisierung physikalischer Zusammenhänge beim MSG-Lichtbogenprozess Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Lichtbogenkolloquium Berlin

18 18 Berechnung von MSG-Lichtbögen Modellentwicklung (V) T, U

19 19 Einfluss von Eisendampf (IV) Sensitivanalyse lokales Minimum in der radialen Temperaturverteilung ausgeprägter bei geringeren Stromstärken und hohen Verdampfungsraten


Herunterladen ppt "Gefördert durch: Projekt G4 Modellierung und Visualisierung physikalischer Zusammenhänge beim MSG-Lichtbogenprozess A. Zabirov, O. Mokrov, U. Reisgen,"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen