Format:
243 Seiten
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Diagramme, Illustrationen
Series Statement:
Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung 19
Content:
Das wire arc additive manufacturing (WAAM) unter Verwendung des Metall-Schutzgasschweißprozesses zeichnet sich vordergründig durch eine kostengünstige und flexible Fertigung von großvolumigen, metallischen Bauteilen aus. Dabei führt der hohe Wärme- und Materialeintrag des Lichtbogenverfahrens jedoch zu einer periodischen Wiedererwärmung und teilweisen Wiederaufschmelzung des bereits platzierten Schweißguts. Bei umwandlungsfähigen Werkstoffen resultiert die Anwendung des Verfahrens dementsprechend in einer komplexen Wechselwirkung zwischen Temperatur-Zeit-Regime, Gefüge und technisch-mechanischen Bauteileigenschaften. Die Beschreibung der zugrundeliegenden Wirkmechanismen liegt im derzeitigen Stand der Technik nur ansatzweise vor. Im Rahmen der Arbeit erfolgt die systematische Untersuchung der Wärmeführung bei WAAM unter Einsatz von niedriglegiertem Stahl.
Content:
Dabei wird die Adressierung eines breiten Anwendungsbereichs durch den Substratwerkstoff S355J2+N sowie den Schweißzusatzwerkstoff G4Si1 erreicht. Die zielgerichtete Beschreibung der Wärmeführung bei WAAM findet zunächst durch die experimentelle Untersuchung des prozessseitigen Wärmeeintrags und die Analyse der Wärmeabführung während der Bauteilabkühlung statt. Die allgemeingültige Darstellung der Ergebnisse gelingt durch die Einführung der t8/5-Zeit zur Beschreibung der Bauteilabkühlung je aufgetragener Schweißraupe im WAAM-Prozess. Auf Grundlage der experimentellen Versuchsdurchführung findet die Umsetzung einer transienten, thermischen Simulation des WAAM-Prozesses statt. Der Fokus liegt dabei auf der örtlich und zeitlich aufgelösten Analyse von Wärmefeldern und Abkühlraten zur fundierten Beschreibung von Phasenumwandlungen während der zyklischen Wiedererwärmung des Stahls.
Content:
Als auschlaggebender Mechanismus zur Gefügeausbildung kann die letztmalige Überschreitung der Ac3-Temperatur sowie die anschließende Abkühlrate identifiziert werden. Die Verifizierung der Erkenntnisse gelingt einerseits durch den Abgleich mit metallografischen Querschliffen und andererseits durch ausgewählte Analyseverfahren zur Charakterisierung der technisch-mechanischen Bauteileigenschaften wie Härtemessungen oder Zugversuche. Zusammenfassend können die experimentell und numerisch ermittelten Erkenntnisse für die Erarbeitung eines Prozessmodells zur erstmaligen, quantitativen Beschreibung der Wärmeübertragungsmechanismen bei WAAM herangezogen werden. Zudem werden Prozessstrategien zur örtlichen Einstellung von technisch-mechanischen Bauteileigenschaften aufgezeigt.
Note:
Tag der Verteidigung: 08.12.2023
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Dissertation Technische Universität Ilmenau 2023
Language:
German
Keywords:
3D-Druck
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Metallischer Werkstoff
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Metallschutzgasschweißen
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Prozessführung
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Hochschulschrift
Author information:
Bergmann, Jean Pierre 1972-
Author information:
Fröhlich, Thomas 1969-
