Experimental and Theoretical Analysis of Deep Penetration Welding Processes with Low-Power Laser-Assisted Plasma Arcs

低功率激光辅助等离子弧深熔焊接工艺的实验和理论分析

基本信息

项目摘要

This research project aims at the further improvement of our current knowledge about laser-assisted plasma arc welding processes with particular consideration of the experimentally verified deep penetration effect at low laser beam intensities and low arc currents. Firstly, the processing conditions are to be identified by means of bead-on-plate welding trials for different types of metals such as iron, aluminum, magnesium, titanium or their alloys. Secondly, it is intended to reveal the most relevant interaction mechanisms being responsible for the transfer into the deep penetration welding regime by particular experimental and theoretical approaches. For the first time, new research hypotheses, concerning possible changes of the energy transfer efficiency and of thermal and fluid-mechanical interactions during laser-assisted plasma arc welding, will be verified. This involves investigations of beam absorption, arc root formation and preheating effects under conditions of deep penetration welding. Furthermore, the impact of changes in ambient pressure distribution and local flow fields, induced by the arc flow in interaction with laser-induced evaporation processes, on the deep penetration effect are to be characterized. A self-developed coaxial arrangement of the laser beam and the plasma arc, which directs the laser beam through a thin hollow tungsten cathode, will be applied for the laser-assisted plasma arc welding trials. In addition, different experimental setups are designed for detailed investigations of possible interaction phenomena. Adapted numerical simulation models support the evaluation of effects that cannot be directly observed by experimental methods. As a result, the most important interaction mechanisms in laser-assisted plasma arc welding will be identified. With the improved process understanding, guidelines for optimal parameter settings for laser-assisted plasma arc welding can be derived, depending on the particular properties of the material being welded.
该研究项目旨在进一步提高我们目前有关激光辅助等离子弧焊接工艺的知识,特别是考虑到在低激光束强度和低电弧电流下经过实验验证的深熔深效应。首先,通过对铁、铝、镁、钛或其合金等不同类型的金属进行板焊试验来确定加工条件。其次,旨在通过特定的实验和理论方法揭示导致深熔焊接状态转变的最相关的相互作用机制。首次验证关于激光辅助等离子弧焊接过程中能量传输效率以及热和流体机械相互作用可能发生的变化的新研究假设。这涉及深熔焊接条件下的光束吸收、电弧根部形成和预热效果的研究。此外,还需要表征由电弧流与激光诱导蒸发过程相互作用引起的环境压力分布和局部流场的变化对深穿透效应的影响。激光辅助等离子弧焊接试验将采用自行开发的激光束和等离子弧同轴布置,引导激光束穿过薄空心钨阴极。此外,还设计了不同的实验装置来详细研究可能的相互作用现象。适应的数值模拟模型支持对实验方法无法直接观察到的效果进行评估。因此,将确定激光辅助等离子弧焊中最重要的相互作用机制。随着对工艺的理解不断加深,可以根据被焊接材料的具体特性得出激光辅助等离子弧焊最佳参数设置的指南。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Method for high accuracy measurements of energy coupling and melting efficiency under welding conditions
焊接条件下能量耦合和熔化效率高精度测量方法
  • DOI:
    10.2351/1.5040615
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    D. Hipp;A. Mahrle;S. Jäckel;E. Beyer;C. Leyens;U. Füssel
  • 通讯作者:
    U. Füssel
Numerical investigations on the thermal efficiency in laser-assisted plasma arc welding
激光辅助等离子弧焊热效率的数值研究
  • DOI:
    10.1007/s40194-018-0641-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    S. Jäckel;M. Trautmann;M. Hertel;U. Füssel;D. Hipp;A. Mahrle;E. Beyer
  • 通讯作者:
    E. Beyer
Thermal Efficiency Analysis for Laser-Assisted Plasma Arc Welding of AISI 304 Stainless Steel
  • DOI:
    10.3390/ma12091460
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Hipp, Dominik;Mahrle, Achim;Fuessel, Uwe
  • 通讯作者:
    Fuessel, Uwe
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer其他文献

Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer', 18)}}的其他基金

Reduction of hot cracking by magnetofluiddynamic modification of the laser-induced melt pool convection during powder-based generative laser cladding
通过磁流体动力学修改粉末基生成激光熔覆过程中激光诱导熔池对流来减少热裂纹
  • 批准号:
    396298896
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Evaluation of dynamic beam shaping approaches for the optimization of laser beam cutting of thick-section stainless steel sheets with high-brilliant laser sources
用于优化高亮度激光源厚截面不锈钢激光束切割的动态光束整形方法的评估
  • 批准号:
    298949414
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Structure, oxidation resistance and erosion of dc-arc deposited Cr2AlC MAX phase coatings
直流电弧沉积 Cr2AlC MAX 相涂层的结构、抗氧化性和侵蚀性
  • 批准号:
    248110559
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Micro-structuring and macro-structuring of deep drawing tools for dry forming condition
干成形条件下拉深工具的微观结构和宏观结构
  • 批准号:
    244947573
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
High-performance synchronous reluctance motors by local manipulation of the magnetic properties of electrical steel laminations during the laser cutting process
通过在激光切割过程中局部控制电工钢叠片的磁性来实现高性能同步磁阻电机
  • 批准号:
    245194688
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Magnetic pulse welding: Targeted manipulation of weld seam formation
磁脉冲焊接:有针对性地控制焊缝形成
  • 批准号:
    227652982
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Steigerung der Prozesseffizienz und Schnittkantenqualität beim Inertgasschneiden mit Faserlasern
提高光纤激光器惰性气体切割工艺效率和切削刃质量的实验和理论研究
  • 批准号:
    194800593
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Strukturbildende Prozesse in amorphen Kohlenstoffschichten
无定形碳层的结构形成过程
  • 批准号:
    165684430
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Verfahrensoptimierung beim Wolfram-Plasmaschweißen durch Laserstrahlung geringer Leistung
低功率激光辐射钨等离子焊接工艺优化的实验和理论研究
  • 批准号:
    60003819
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Beeinflussung der Prozesscharakteristik des Laserstrahlschweißens durch adaptives Strahlpendeln
通过自适应光束振荡影响激光束焊接的工艺特性
  • 批准号:
    26927493
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes

相似国自然基金

随机密度泛函理论的算法设计和分析
  • 批准号:
    12371431
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    43.5 万元
  • 项目类别:
    面上项目
具有群体协同应对行为的网络传染病传播动力学的建模与理论分析
  • 批准号:
    12301640
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于小增益理论的物联网聚合计算鲁棒稳定性分析
  • 批准号:
    62303112
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
八元数泛函分析中的仿线性算子理论
  • 批准号:
    12301097
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于变分分析的互补锥优化二阶理论研究
  • 批准号:
    12371305
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    43.5 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Information Sharing Systems for Trust Building: Theoretical, Historical, and Experimental Approach ,
用于建立信任的信息共享系统:理论、历史和实验方法,
  • 批准号:
    23H00803
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Multimodal Label-Free Nanosensor for Single Virus Characterization and Content Analysis
用于单一病毒表征和内容分析的多模式无标记纳米传感器
  • 批准号:
    10641529
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Nitrosative stress and NO detoxifying reaction mechanisms in microbial nonheme diiron proteins
微生物非血红素二铁蛋白的亚硝化应激和NO解毒反应机制
  • 批准号:
    10656107
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Role of mechanical heterogeneity in cerebral aneurysm growth and rupture
机械异质性在脑动脉瘤生长和破裂中的作用
  • 批准号:
    10585539
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Methods for Enantioselective Spirocycle Synthesis and Radical Hydroamination of Trisubstituted Alkenes
三取代烯烃的对映选择性螺环合成和自由基氢胺化方法
  • 批准号:
    10785901
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了