Universiẗat, Diss., 2001--Stuttgart. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2001.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Energiebilanz von der Schweißenergiequelle bis zur Schmelzebildung im Bauteil eingehend analysiert. Hierfür wurden geeignete Messsysteme auf Basis der Kalorimetrie entwickelt und validiert. Neben dem Energieverbrauch der Anlage wird der Wärmeeintrag in das Bauteil kalorimetrisch analysiert. Zur umfassenden Analyse des Energieflusses werden zudem die Verlustgrößen, wie die Wärmeleitung, Wärmestrahlung und der Wärmedurchgang des Lichtbogens als auch der externe Brennerkühlkreislauf der Schweißenergiequelle untersucht. Neueste Untersuchungsmethoden ermöglichen zudem die Tropfentemperatur und die Lichtbogenleistung zu bestimmen. In Abhängigkeit definiert gewählter Prozessparameter wurde der Energiefluss für Schutzgasschweißverfahren mit abschmelzender und nicht abschmelzender Elektrode, sowie für das Unterpulverschweißen erstellt. Die einzelnen Wirkmechanismen der Prozesse wurden analysiert und bewertet sowie Zusammenhänge herausgestellt. Neben der Empfehlung für die Überarbeitung gültiger Normen, wie DIN EN 1011-1 kann mit der Kenntnis das Fügen temperatursensibler Werkstoffe verbessert werden. Gleichzeitig wird die Genauigkeit von Prozess- und Werkstoffsimulationen erhöht und Berechnung von Bauteildeformationen vereinfacht. Es wurden mittlere Tropfentemperaturen in einem Bereich zwischen TTr = 2.350…2.700°C ermittelt. Die Untersuchungen zeigen zudem, dass eine ausschließlich gezielte Änderung der Tropfentemperatur im Schweißprozess nicht möglich ist. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass der Lichtbogen und dessen Intensität den entscheidenden Einfluss auf die Entstehung des Einbandes in den Grundwerkstoff besitzt. / Welding performance is not the same as the energy input in the component. The efficiency is the ratio of usable to required energy. The aim of any process is to achieve a high efficiency, and thus to keep the share of losses as small as possible. Recent process developments in arc welding with consumable electrode have the aim to regulate the energy input in the component to achieve the target of an optimum welding result. This is based on a fundamental understanding of the operations during the welding process. For this purpose, the knowledge of the individual operations of the energy transport from the electrode contact to the heating behaviour of the component is necessary. Different measurement methods and results for the separate determination of the energy content of droplet and welding arc as well as energy input into the component are presented. For instance the question is analysed and discussed - whether the arc, or the overheated droplet is responsible for the weld penetration? In addition, the situation between relative and absolute efficiency of the welding process is discussed. In welding standards often global efficiencies for different welding processes are indicated. These standards provide this efficiency in relation to the as 100 % set submerged arc welding. This leads to errors in the use of the values for calculations or simulations. With the methods presented a sophisticated analysis of the influence of different parameter settings of the shielding gas welding process on the energy efficiency is possible.

• Für eine exakte Lichtbogenpositionierung zum Schweißpunkt werden beim Roboter – WIG-Schweißprozess folgende technische Anforderungen am Brennerkopf und dessen Wechselsystem gestellt wie: konstante Wärmeableitung und -führung im Brennerkopfbereich, schnelle Wechsel von Verschleißteilen insbesondere der Kathode, reproduzierbare Wechsel der Schweißbrennerköpfe. • Entwicklung eines neuartigen physikalischen Wirkprinzips auf Basis der Wärmeableitung – Heatpiperohr zur Gestaltung einer optimierten Wärmebilanz und Brennerkopfkühlung. • Mit dem entwickelten thermo – strömungs-mechanischen/magneto-hydro-dynamischen FE-Modells wurde die technisch-konstruktive Brennerkonstruktion mit der integrierten Wärmeableitung – Heatpiperohr für ein äußerst effektives Brennerkühlsystem unter Variation der Schweißprozessparameter zur Erzielung einer höheren Brennerdauerbelastung prozesstechnisch untersucht, analysiert und erkenntnisbezogen optimiert. • Beeinflussbar sind Lichtbogenausbildung, dessen Intensität, Verhalten sowie Temperatur- und Strömungsverhältnisse durch Prozessparameter.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Energiebilanz von der Schweißenergiequelle bis zur Schmelzebildung im Bauteil eingehend analysiert. Hierfür wurden geeignete Messsysteme auf Basis der Kalorimetrie entwickelt und validiert. Neben dem Energieverbrauch der Anlage wird der Wärmeeintrag in das Bauteil kalorimetrisch analysiert. Zur umfassenden Analyse des Energieflusses werden zudem die Verlustgrößen, wie die Wärmeleitung, Wärmestrahlung und der Wärmedurchgang des Lichtbogens als auch der externe Brennerkühlkreislauf der Schweißenergiequelle untersucht. Neueste Untersuchungsmethoden ermöglichen zudem die Tropfentemperatur und die Lichtbogenleistung zu bestimmen. In Abhängigkeit definiert gewählter Prozessparameter wurde der Energiefluss für Schutzgasschweißverfahren mit abschmelzender und nicht abschmelzender Elektrode, sowie für das Unterpulverschweißen erstellt. Die einzelnen Wirkmechanismen der Prozesse wurden analysiert und bewertet sowie Zusammenhänge herausgestellt. Neben der Empfehlung für die Überarbeitung gültiger Normen, wie DIN EN 1011-1 kann mit der Kenntnis das Fügen temperatursensibler Werkstoffe verbessert werden. Gleichzeitig wird die Genauigkeit von Prozess- und Werkstoffsimulationen erhöht und Berechnung von Bauteildeformationen vereinfacht. Es wurden mittlere Tropfentemperaturen in einem Bereich zwischen TTr = 2.350…2.700°C ermittelt. Die Untersuchungen zeigen zudem, dass eine ausschließlich gezielte Änderung der Tropfentemperatur im Schweißprozess nicht möglich ist. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass der Lichtbogen und dessen Intensität den entscheidenden Einfluss auf die Entstehung des Einbandes in den Grundwerkstoff besitzt. / Welding performance is not the same as the energy input in the component. The efficiency is the ratio of usable to required energy. The aim of any process is to achieve a high efficiency, and thus to keep the share of losses as small as possible. Recent process developments in arc welding with consumable electrode have the aim to regulate the energy input in the component to achieve the target of an optimum welding result. This is based on a fundamental understanding of the operations during the welding process. For this purpose, the knowledge of the individual operations of the energy transport from the electrode contact to the heating behaviour of the component is necessary. Different measurement methods and results for the separate determination of the energy content of droplet and welding arc as well as energy input into the component are presented. For instance the question is analysed and discussed - whether the arc, or the overheated droplet is responsible for the weld penetration? In addition, the situation between relative and absolute efficiency of the welding process is discussed. In welding standards often global efficiencies for different welding processes are indicated. These standards provide this efficiency in relation to the as 100 % set submerged arc welding. This leads to errors in the use of the values for calculations or simulations. With the methods presented a sophisticated analysis of the influence of different parameter settings of the shielding gas welding process on the energy efficiency is possible.

Die Arbeit zeigt Möglichkeiten zur Erzeugung und Anwendung zeitlich veränderlicher Gasvolumenströme beim Schutzgasschweißen auf. Es wird ein System zur Erzeugung definiert gepulster Gasströme vorgestellt, das einfach in bestehende Anlagentechnik integriert werden kann. Der Einfluss eines aktiv geregelten Gasstroms auf die Kaltgasströmung und hervorgerufene Effekte im Lichtbogenprozess werden grundlegend untersucht. Darauf basierend werden sinnvolle Parameterbereiche abgeleitet. Anhand der Auswertung von Schweißversuchen werden verfahrensspezifische Vorteile sowie technologische Grenzen bei Anwendung der Gaspulstechnik zum Schutzgasschweißen dargelegt. / This thesis shows the possibilities for the creation and application of temporally varying gas flow rates for gas-shielded arc welding. A system for generation of defined pulsed volume flows is presented, which can be easily integrated into existing welding equipment. The influence of an actively regulated gas flow rate on the pure gas flow and caused effects in the arc process are investigated. Based on this an array of appropiate parameters are derived. By means of the evaluation of welding tests process specific advantages as well as technological limits for using pulsed gas flows for gas-shielded arc welding are demonstrated.

Die Arbeit zeigt Möglichkeiten zur Erzeugung und Anwendung zeitlich veränderlicher Gasvolumenströme beim Schutzgasschweißen auf. Es wird ein System zur Erzeugung definiert gepulster Gasströme vorgestellt, das einfach in bestehende Anlagentechnik integriert werden kann. Der Einfluss eines aktiv geregelten Gasstroms auf die Kaltgasströmung und hervorgerufene Effekte im Lichtbogenprozess werden grundlegend untersucht. Darauf basierend werden sinnvolle Parameterbereiche abgeleitet. Anhand der Auswertung von Schweißversuchen werden verfahrensspezifische Vorteile sowie technologische Grenzen bei Anwendung der Gaspulstechnik zum Schutzgasschweißen dargelegt. / This thesis shows the possibilities for the creation and application of temporally varying gas flow rates for gas-shielded arc welding. A system for generation of defined pulsed volume flows is presented, which can be easily integrated into existing welding equipment. The influence of an actively regulated gas flow rate on the pure gas flow and caused effects in the arc process are investigated. Based on this an array of appropiate parameters are derived. By means of the evaluation of welding tests process specific advantages as well as technological limits for using pulsed gas flows for gas-shielded arc welding are demonstrated.