Self-consistent modelling of arc, material transfer and seam structure in gas metal arc welding

熔化极气体保护焊中电弧、材料传递和焊缝结构的自洽建模

基本信息

项目摘要

The aim of the project is to develop, validate and apply a process model for the numerical description of the resulting joining zone of gas metal arc welding including all relevant physical processes in the arc as well as the melts at the wire electrode and parent material. The calculation should be physically self-consistent and dependant on the process parameters. It should enable well-founded statements regarding the resulting penetration profile, seam structure and heat input into the parent material. The developed process model meets the requirements of the industry for complete modelability of all joining processes as part of industry 4.0. In order to guarantee a high informative value of the process model while simultaneously taking into account the different time scales of the relevant sub-processes, a model of droplet detachment is sequentially coupled with a weld pool model. The combination of the sub models is achieved by implementing the characteristics of the arc and the material transfer in the weld pool model by source terms, which are calculated using the droplet detachment model. In the first part of the project, existing models of droplet detachment and weld pool will be enlarged to enable physically self-consistent and time-efficient modelling of gas metal arc welding. In the course of the subsequent model application, it will be determined whether the developed modelling approach can be transferred to other welding tasks and materials of practical relevance. The developed process model enables a detailed analysis of the cause and effect chain in gas metal arc welding as well as the numerical predictability of the resulting weld in a wide range of parameters, thus enabling a physically determined development of the gas metal arc welding process itself as well as the equipment used.
该项目的目的是开发,验证和应用过程模型,以描述产生的气体金属电弧焊接连接区,包括ARC中的所有相关物理过程以及电线电极和母体材料的熔体。该计算应在身体上是自一致的,并取决于过程参数。它应该可以实现有关所得渗透率,接缝结构和热量输入父材料的良好基础的陈述。开发的流程模型符合行业的要求,以作为行业4.0的一部分的所有加入流程的完整模型。为了确保过程模型的高信息值,同时考虑了相关子处理的不同时间尺度,液滴脱离模型与焊接池模型依次耦合。子模型的组合是通过通过源术语实现弧池模型中的ARC的特性和材料传输来实现的,该材料是使用液滴脱离模型计算得出的。在项目的第一部分中,现有的液滴脱离和焊接池模型将扩大,以使气体金属电弧焊接的物理自洽和耗时的建模。在随后的模型应用程序的过程中,将确定是否可以将开发的建模方法转移到其他焊接任务和实际相关性的材料中。开发的过程模型可以详细分析气体金属电弧焊接中的因果链,以及在广泛的参数中所得焊接的数值可预测性,从而实现了气体金属弧焊接工艺本身以及所使用的设备的物理确定的开发。

项目成果

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